Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Выполнены комплексные исследования взаимодействия отдельных капель воды с различными твердыми поверхностями в широком диапазоне скоростей и температур. В экспериментах низкоскоростного падения капли на медные образцы с полированной и лазерно-текстурированной поверхностью изучено влияние топологии, смачиваемости и температуры стенки на растекание жидкости. Получено, что на гидрофильной поверхности капля растекается сильнее, чем на гидрофобной, а повышение температуры стенки до 90 °C усиливает растекание за счёт снижения поверхностного натяжения, однако за короткое время контакта тепловой фронт успевает проникнуть лишь на долю миллиметра, что ограничивает прогрев пленки. При отрицательных температурах рост поверхностного натяжения воды приводит к уменьшению максимального диаметра распространения капли, причём эффект более заметен при низких скоростях. Для экспериментов по высокоскоростному удару капли в потоке воздуха разработан стенд с регулируемым воздушным потоком и охлаждением поверхности термоэлектрическим модулем. Исследования показали, что при скоростях, соответствующих числам Вебера тысячи и более, на гладких и текстурированных поверхностях формируется корона, характеризующаяся раскрытием и фрагментацией. На более шероховатых и высоко гидрофобных поверхностях режим распыления сменяется образованием симметричных коронообразных структур с последующим отскоком мелких фрагментов, тогда как на гладких поверхностях при высоких скоростях наблюдается асимметричная корона, удерживающаяся на поверхности. Для оптимизации равномерности потока воздуха в стенде сконструирован и испытан 3D-напечатанный «хоникомб», существенно выравнивающий скорость в поперечном сечении. На поверхностях из титана с микро- и нанотекстурой, модифицированных ультракороткими лазерными импульсами и покрытых фторполимером, подтвержден широкий диапазон шероховатостей и контактных углов для последующего анализа импактных процессов. В численных исследованиях разработан алгоритм на основе метода конечных объёмов с учётом нестационарного конвективно-кондуктивного теплообмена в газ-жидкость-твердое тело и динамической вязкости, описанной эмпирической зависимостью от температуры. Модель верифицирована на классической задаче двухслойного теплообмена и показала количественное совпадение с аналитическим решением. При численных экспериментах падения капли на нагретую поверхность выявлено, что тепловой поток в начальной фазе во многом определяется кинетической энергией капли и внутренней конвекцией, а интегральное число теплоотдачи демонстрирует квазипериодические колебания, синхронизированные с капиллярными колебаниями капли. При дальнейшем развитии процесса кривые числа Нуссельта сходятся к единице, что свидетельствует о выходе на установившийся режим теплового равновесия. Полученные результаты подчёркивают важность сочетания гидродинамических и тепловых факторов при анализе кратковременных импактных взаимодействий и позволяют формировать эмпирические зависимости для прогнозирования размеров растекания и раскрытия короны в зависимости от свойств поверхности и условий столкновения.

Аннотация результатов, полученных в 2026 году
В отчетный период проведена модернизация экспериментальной установки для высокоскоростных соударений капель. Для этого заменён центробежный вентилятор на модель мощностью 3 кВт, модернизирован частотный преобразователь, скорость видеорегистрации увеличена до 60 тыс. кадров/с. Разработан и изготовлен на 3D-принтере хонейкомб (ячейки 9 мм), уменьшивший градиент скорости потока на 10 %, устранивший скосы и вихри и обеспечивший стабильные числа Вебера до 2700. Разработана методика изготовления подложек из ПЭЭК методом 3D-печати с последующим нанесением покрытия ПДМС. Контактный угол увеличился с 80° до 120°, что обеспечило устойчивые гидрофобные свойства и высокую воспроизводимость. Проведено экспериментальное исследование соударения капель воды (D = 0,5–1,3 мм, We = 450–2700) с титановыми поверхностями (Ra = 0,04–15,37 мкм, θ = 74–164°). Зарегистрированы параметры короны. Выявлены режимы: растекание на гладких поверхностях при We < 1500 с переходом в всплеск и симметричное коронообразование с отскоком на супергидрофобных поверхностях (Ra > 10 мкм, θ > 160°). Введён параметр α/θ и на его основе предложена эмпирическая модель максимального диаметра короны, валидированная на данных для воды и этанола с расхождением ±20 %. Установлена линейная зависимость времени существования короны от α/θ. Выполнена плазменная модификация PTFE, увеличившая долю текстурированных участков с 5,5 до 17,1 %, уменьшившая размеры элементов рельефа и повысившая контактный угол с 100° до 140°. Исследование соударений на PTFE при температуре от 0 до −15 °C и влажности 20–60 % выявило режимы prompt splash и corona splash. Показано, что снижение температуры и рост влажности способствуют переходу к corona splash за счёт инея. На обработанной поверхности переход происходит при более высоких температурах. Выполнены дополнительные эксперименты на медных образцах при температуре от −10 до -20 °C. Показано такое же образование слоя инея до падения капли и его влияние на конкурирующие процессы плавления и кристаллизации. Обнаружено, что понижение температуры уменьшает максимальный диаметр на 10–30 %. Модифицирована численная модель в Basilisk введением тангенциальной компоненты силы поверхностного натяжения для учета эффекта Марангони. Выполнена валидация модели на задаче Sen and Davis (отклонение <10 %). Показано, что учёт термокапиллярной конвекции приводит к формированию тороидального вихря, интенсифицирующего теплоперенос в 2,5 раза. При Ma > 10 000 обнаружены затухающие колебания скорости и температуры. Показано, что максимальная осредненная скорость течения в капле пропорциональна числу Ma в степени 0,8, а уменьшение контактного угла с 90° до 45° снижает эту скорость на 35–40 %. Внедрена и протестирована диффузионно-конвективная модель испарения. Выполнено моделирование движения капель глицерина (D = 2,4 мм) по суперлиофобным поверхностям в атмосфере и вакууме при температуре от 25 до 300 °C. Показано, что аналитическая модель с вязким трением адекватно описывает скорость только в атмосфере. В вакууме необходима поправка на давление паров, описывающая смену режима взаимодействия с вязкого (при атмосфере) на капиллярный (вакуум) за счет гистерезиса контактного угла.