Regardez les gouttelettes d’eau fusionner sur la Station spatiale internationale

Comprendre comment les gouttelettes d’eau se diffusent et s’unissent est essentiel pour les scénarios quotidiens, tels que les gouttes de pluie tombant des voitures, des avions et des surfaces, et pour les applications dans la production d’énergie, l’ingénierie aérospatiale et l’adhérence des microcellules. Cependant, ces phénomènes sont difficiles à modéliser et difficiles à observer expérimentalement.

dans physique des fluides Des chercheurs de l’Université Cornell et de l’Université Clemson ont conçu et analysé des expériences de gouttelettes menées sur la Station spatiale internationale.

Les gouttelettes apparaissent généralement sous forme de petites calottes sphériques d’eau en raison de leur présence Tension superficielle au-delà de la gravité.

« Si les gouttelettes deviennent beaucoup plus grosses, elles commencent à perdre du poids forme sphériqueSelon l’auteur Josh McCranie de l’Université Cornell, « la gravité l’écrase en quelque chose comme des flaques d’eau. Si nous voulons analyser des gouttelettes sur le sol, nous devons le faire à très petite échelle. »

Mais à petite échelle, la dynamique des gouttelettes est trop rapide pour être remarquée. D’où la Station Spatiale Internationale. La gravité plus faible dans l’espace signifie que l’équipe peut examiner des gouttelettes plus grosses, allant de quelques millimètres de diamètre à 10 fois plus longues.

Les chercheurs ont envoyé quatre surfaces différentes avec des propriétés de rugosité différentes à la Station spatiale internationale, où elles ont été montées sur une table de laboratoire. Les caméras ont enregistré les gouttelettes au fur et à mesure qu’elles se propageaient et fusionnaient.

« Les astronautes de la NASA Kathleen Robbins et Michael Hopkins placeraient une seule gouttelette de la taille requise dans un emplacement central sur la surface. Cette goutte est proche d’un petit trou pré-percé dans la surface, mais ne le touche pas », a déclaré McCranie. « L’astronaute injecte ensuite de l’eau à travers le trou, qui recueille et fait grossir une gouttelette adjacente. L’injection se poursuit jusqu’à ce que les deux gouttelettes se touchent, à quel point elles s’unissent. »

Les expériences visaient à tester le modèle de Davis Hawking, qui est une méthode simple de simulation gouttes de pulvérisation. Si une goutte d’eau repose sur une surface, une partie de celle-ci touche l’air et crée une interface, tandis que la partie en contact avec la surface forme une arête ou une ligne de contact. Le modèle Davis-Hocking décrit l’équation de la ligne de connexion. Les résultats expérimentaux ont confirmé et élargi l’espace des paramètres du modèle de Davis-Hocking.

En tant que chercheur principal initial du projet, le regretté professeur Paul Stein de l’Université Cornell avait écrit des subventions, voyagé avec des collaborateurs du monde entier, formé des doctorants et analysé méticuleusement des études de terrain pertinentes, le tout avec le désir de voir son travail mené avec succès sur le terrain. à bord de la Station Spatiale Internationale. Tragiquement, Steen est décédé quelques mois seulement avant de commencer ses expériences.

« Bien qu’il soit tragique qu’il ne soit pas là pour voir les résultats, nous espérons que ce travail le rendra fier, lui et sa famille », a déclaré McCraney.

L’article s’intitule « Propagation des gouttelettes induite par la mersion : Expériences à bord de la Station spatiale internationale » a été écrit par Joshua McCranie, Jonathan Michael Ludwicky, Joshua Bostwick, Suzanne Daniell et Paul Steen. L’article a été publié dans physique des fluides Le 13 décembre 2022.