Движение и разрушение струй, капель и всплесков растворов полимеров и поверхностно-активных веществ

Проект направлен на исследование процессов движения, разрушения, коалесценции и фазовых/структурных превращений в ньютоновских и сложных жидкостях с упругими и особыми поверхностными свойствами. Добавки специальных примесей способны изменять гидродинамику жидкостей и позволяют управлять гидродинамическими явлениями, целенаправленно меняя физические свойства жидкостей. Исследуемые события важны и протекают в различных сферах новой техники, технологий и природных событий. В частности, это 1) течения, деформации и разрушения муцинозных биологических жидкостей (упруговязких слизей) в живых организмах, в том числе при передачи инфекций воздушно-капельным путем с участием упруговязкой ротовой жидкости; 2) процессы интенсивного деформирования и фрагментации/коалесценции макро-, мезо- и микрообъёмов жидкостей (струй, капель, всплесков) и пузырей во всевозможных сценариях метания, нанесения покрытий, кавитационного разрушения жидкостей, струйной печати (стандартной и 3D), топлив в двигателях, с/x химикатов и противопожарных смесей, а также других жидкостей в специальных метательных устройствах; 3) процедуры формования волокон (традиционными образом и методом электроспиннинга); 4) функционирование перспективных агрегатов космической энергетики - капельных (струйных) радиаторов для дальних космических перелётов; 5) управление процессами извлечения нефти, в том числе при помощи гидроразрыва пластов; и т.д. В проекте в первую очередь рассматриваются быстрые движения, в которых могут проявиться незаметные в обычных условиях особенности, связанные, например, с упругими свойствами (струи и капли с полимерными микродобавками) и неоднородностью поверхностного натяжения. Вместе с тем, относительно медленные на макроуровне движения также часто несвободны от эффектов модифицирующих добавок, например, при фильтрации жидкости в технологиях повышения нефтеотдачи пластов. Научная новизна предлагаемого подхода заключается в комплексном (экспериментальном, численном и теоретическом) исследовании влияние активных добавок на ряд гидродинамических конфигураций, отличительной особенностью которых является минимальное число определяющих факторов. В этом случае удаётся однозначно выявить роль того или иного фактора процесса. Так, например, при изучении удара капли о поверхность используется предложенный авторами метод, исключающий вязкое трение между жидкостью и поверхностью путём использования вместо неограниченной плоскости небольшого дискообразного препятствия. Некоторые гидродинамические конфигурации будут рассмотрены впервые. Будут рассмотрены следующие течения: всплески при импульсном вытеснении жидкости из кольцевого зазора, всплески при столкновении капли с небольшим препятствием и всплески при распаде волн Фарадея, коалесценция капель и пузырей. В качестве добавок будут использованы высокомолекулярные полимеры и быстрые/медленные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Ожидается выявление особенностей метания и разрушение жидкостей в зависимости от типа добавок. Предполагается построение теоретических критериев разрушения (связывающих свойства жидкостей и наблюдаемую картину течения) и их экспериментальная апробация . На основе полученных закономерностей будут предложены новые методы тестирования сложных жидкостей в различных режимах деформирования. Установленные закономерности движения и разрушения сложных жидкостей окажутся базисом для предсказаний течений в реальных процессах.