15 апреля 2024 г., AviaStat.ru – Российские ученые впервые выявили влияние конденсации на газовые потоки при моделировании процессов истечения струй из двигателей космических аппаратов в открытом космосе. При охлаждении газа в потоке образуются кластеры атомов или молекул, влияющие на газовую динамику потока. Об этом сообщает ТАСС со ссылкой на данные Новосибирского государственного университета (НГУ).

"Внутри газового потока образуются ассоциаты, связанные пусть слабыми силами в единый объект, который начинает двигаться иначе, нежели одиночные частицы. Такой ассоциат начинает, во-первых, преодолевать ударные волны, а во-вторых, вмешиваться в газовую динамику потока, внося при этом дополнительные вклады в изменения некоторых важных параметров. Ранее ученые таких изменений не наблюдали, поэтому мы решили их подробно исследовать", — отметил научный сотрудник лаборатории молекулярной кинетики отдела прикладной физики физфака НГУ Кирилл Дубровин.

Уточняется, что при моделировании процесса истечения газовых струй из двигателя в вакуум, то есть в разреженное пространство на испытательном стенде в условиях лаборатории, ученые заметили изменения некоторых параметров. "При истечении газа из двигателя космического аппарата после сгорания жидкого топлива она составляет порядка 4 тыс. К, а на лабораторных стендах можно оперировать только комнатными температурами. При расширении любой газ охлаждается, но только если в первом случае его охлаждение почти незаметно, то во втором - значительно. Из-за вмешательства в моделирование процесса конденсации в холодных потоках могут образовываться кластеры - ассоциаты из нескольких атомов или молекул, объединенных между собой очень слабыми Ван-дер-Ваальсовыми силами. Иными словами, частицы газа слипаются между собой и объединяются в некоторые конгломераты", — рассказали в вузе.

Кроме того, ученые нашли прикладное применение газовым кластерам. Дубровин пояснил, что так как частицы связаны друг с другом в один ассоциат слабыми силами, при взаимодействии с поверхностью эти связи разрываются, ассоциат распадается, а поток частиц растягивается по полируемой поверхности, делая ее идеально гладкой. Таким образом, их можно использовать для полировки поверхностей, например в эндопротезировании, где важна идеальная гладкость поверхностей имплантов для их лучшей приживаемости внутри человеческого организма. С помощью газовых Ван-дер-Ваальсовых кластеров можно добиться гладкости полировки поверхностей на порядок выше, чем с применением традиционных способов.

Исследование проводят ученые НГУ и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого при поддержке гранта Российского научного фонда.