Zeitschrift für Thermodynamik und Katalyse
Offener Zugang

Abstrakt

Die Untersuchung der Auswirkung von reduzierten und Mikrogravitationsbedingungen auf das Verhalten einzelner Blasen (Tropfen), die auf einer festen Oberfläche in einer Flüssigkeit fixiert sind

Michael Shoikhedbrod

Die Untersuchung des Verhaltens von Gasblasen (-tropfen) unter Bedingungen reduzierter Schwerkraft und Mikrogravitation kann bei der Konzeption von Gas-Flüssigkeits-Managementsystemen in Flugzeugen und im Weltraum verwendet werden. Es ist sehr wichtig, den Einfluss veränderter Schwerkraft- und Mikrogravitationsbedingungen auf das Verhalten von Gasblasen (-tropfen) zu berücksichtigen, die auf einer festen Oberfläche haften, da dieser Einfluss stärker sein kann als die Einwirkung anderer äußerer Kräfte. Der Hauptzweck der vorliegenden Forschung besteht darin, die Auswirkungen reduzierter und Mikrogravitationsbedingungen auf das Verhalten einzelner Blasen (-tropfen) zu untersuchen, die auf einer festen Oberfläche in einer Flüssigkeit haften. Es wurden neue mathematische Techniken entwickelt, um das Verhalten von Gasblasen (-tropfen) zu modellieren, die auf einer festen Oberfläche in einer Flüssigkeit unter Bedingungen reduzierter und Mikrogravitation haften. Diese Techniken wurden verwendet, um das Verhalten von Profilen von Gasblasen (-tropfen) zu modellieren und ihre gemeinsame Änderung der Oberflächenenergie unter Bedingungen reduzierter, erhöhter und Mikrogravitation zu berechnen. Das Modell wurde auch verwendet, um die Bedingungen abzuschätzen, unter denen Blasen (-tropfen) unter diesen Bedingungen von einer festen Oberfläche abreißen und auf dieser haften. Die numerischen Berechnungen des entwickelten Modells ermöglichten die Feststellung, dass bei verringerter Schwerkraft die Gasblase (der Tropfen) auf der festen Oberfläche in der Flüssigkeit „angehoben“ wird und ihre allgemeine Oberflächenenergie frei ist. Die Gasblasen mit Volumina (als Beispiel) von 1,9 bis 2,2 cm³ werden von der festen Oberfläche gerissen und ihre freie Energie wird in die kinetische Energie der Blase umgewandelt, die von oben auf den Boden der Flüssigkeit springt. Die Gasblasen mit Volumina von 2,3 bis 2,8 cm³ wurden auf der festen Oberfläche fixiert und ihre freie Energie wurde durch die Schwingungen der Gasblasen an der festen Oberfläche verbraucht. Unter Bedingungen erhöhter Schwerkraft wird die Gasblase (der Tropfen) auf der festen Oberfläche in der Flüssigkeit „abgelegt“ und die allgemeine Oberflächenenergie ist nicht frei und wird durch die Schwingungen der Blasen (Tropfen) an der festen Oberfläche verbraucht.

Die theoretischen Schlussfolgerungen und numerischen Berechnungen des entwickelten Modells wurden in den durchgeführten Parabelflugzeugtests bestätigt. Die Tests haben gezeigt, dass das entwickelte Modell das Verhalten der Profile von Gasblasen und -tropfen, ihre gemeinsame Änderung der Oberflächenenergie sowie die Bedingungen ihres Abreißens und ihrer Fixierung auf der festen Oberfläche unter reduzierten und Mikrogravitationsbedingungen korrekt simulieren kann. Die Computertechniken des Modells können das Verhalten von Blasen und Tropfen unter verschiedenen äußeren Kräfteeinflüssen unter Mikrogravitationsbedingungen (g=0) simulieren, wenn diese berücksichtigt werden. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung des entwickelten Modells die Kontrolle des Verhaltens von Gasblasen und -tropfen in Mikrogravitation durch kontrollierte Änderung der Oberflächenspannung und des Kohäsionswinkels (apolare reaktive Wirkung).