Uma equipe de pesquisa do Instituto de Pesquisa de Mecânica, MSU juntamente com um colega do Centro de Novas Tecnologias Espaciais, MAI descreveu o comportamento de uma folha de líquido se propagando em espaço aberto. Os resultados do estudo foram publicados no Física dos Fluidos Diário.

Sob condições padrão, a estabilidade das folhas líquidas geralmente depende de sua interação com o ar. O efeito predominante (a chamada instabilidade de Kelvin-Helmholtz) se manifesta devido ao atrito do ar líquido. A diferença nas velocidades do gás e do líquido resulta no início de ondulações, ondas, e a formação de gotículas perto da superfície do líquido. Ondas geradas pelo vento na superfície da água estão entre os exemplos mais conhecidos dessa instabilidade. Os autores do artigo estudaram o comportamento de uma folha líquida no vácuo, quando nenhuma interação com o ambiente ocorre. No estudo, os autores consideraram o chamado óleo de vácuo, ou seja, um líquido cuja viscosidade, condutividade térmica, e os coeficientes de tensão superficial variam substancialmente com a temperatura. Esses líquidos são usados ​​em bombas de vapor de óleo, entre outras coisas.

O estudo do comportamento da lâmina líquida em espaço aberto é relevante para o desenvolvimento de novas tecnologias de resfriamento de espaçonaves. No futuro, os chamados radiadores de resfriamento de gotículas podem ser usados ​​para controlar o regime térmico de espaçonaves de missão longa. Nestes dispositivos, o líquido do sistema de resfriamento é fragmentado por atomizadores especiais e se transforma em uma camada de gotículas de líquido movendo-se no espaço aberto. Uma vez que a camada de gotículas tem uma grande superfície radiante, o calor é liberado com mais eficiência e o líquido é resfriado de forma mais intensa. Ao mesmo tempo, surge um problema sério, como essas gotas devem ser coletadas, liquefeito, e voltou a bordo da nave espacial. Uma das soluções possíveis para esse problema é coletar as gotas resfriadas em uma folha de líquido especialmente organizada. A questão principal do artigo é estudar a estabilidade hidrodinâmica de tal folha nas condições de espaço aberto.

"Películas e folhas líquidas tendem a se quebrar em gotas devido à instabilidade de Kelvin-Helmholtz, associado ao atrito entre o ar e o líquido. Contudo, esta deficiência é eliminada em espaço aberto; adequadamente, precisamos estudar outros possíveis mecanismos de instabilidade e razões para a fragmentação do líquido. Determinamos que outros tipos de instabilidades podem ocorrer em folhas líquidas quando se propagam no vácuo, mas seu fluxo é consideravelmente não isotérmico devido à radiação de calor da superfície da folha, "explicou o professor Alexander Osiptsov, co-autor do trabalho e chefe do Laboratório de Mecânica de Meios Multifásicos, Instituto de Pesquisa de Mecânica, MSU.

Usando as abordagens clássicas da teoria da estabilidade hidrodinâmica, os pesquisadores deram uma explicação matemática do comportamento exibido por uma folha de óleo a vácuo no espaço aberto. Descobriu-se que, na ausência do mecanismo de instabilidade principal (Kelvin-Helmholtz), outras instabilidades podem se desenvolver, nomeadamente aqueles associados a gradientes de viscosidade e tensão superficial. Devido à radiação de calor da superfície da folha, as diferenças de temperatura surgem ao longo da superfície da folha e dentro dela. Por sua vez, esses gradientes de temperatura causam não uniformidades na viscosidade e na tensão superficial e o início de novos mecanismos de instabilidade.

Os cientistas descreveram a ocorrência de instabilidades em um fluxo de líquido do ponto de vista matemático, estudou o desenvolvimento de distúrbios de ondas curtas e longas com o tempo, e determinou o mais 'perigoso' deles. Em trabalho futuro, os cientistas planejam continuar o desenvolvimento do modelo teórico e descrever processos mais complicados que podem ocorrer no sistema.

"Por enquanto, estudamos apenas o estágio inicial, ou seja, o comportamento de pequenos distúrbios. Determinamos as condições em que os distúrbios são amortecidos ou aumentam e estabelecemos os critérios de instabilidade. No futuro, teremos que lidar com problemas mais complicados:estudar o desenvolvimento de distúrbios no estágio não linear, para estimar os intervalos de tempo sobre os quais áreas de espessura não uniforme da folha ou mesmo orifícios nela são formados, e encontrar a taxa de fragmentação da folha em gotas. E isso é o mais importante, temos que aprender como controlar o processo e estabilizar o regime de fluxo da folha em espaço aberto, "disse Osiptsov.