Aспирантка НИ ИрГТУ Елена Бокова предлагает необычную технологию внутренней отделки стенок металлических труб, чтобы повысить скорость перемещения любых жидкостей - воды, нефти, бензина, полиэтилена, масла и др. На примерах из мира животных и растений Е. Бокова разрабатывает уникальный микрорельеф в виде продольных борозд с определенной геометрической формой, что позволяет снизить гидравлические потери в трубах. Курирует проект заведующий кафедрой машиностроительных технологий и материалов Семен Зайдес.
«Представьте себе трубопровод, по которому перемещается жидкая среда. Если жидкость неоднородна, а труба внутри не идеально гладкая, то частицы оседают на стенках в микровпадинах. В результате сокращается объем жидкости, протекающей за единицу времени через трубу. Например, трубы для производства полиэтилена забиваются, их приходится выбрасывать, потому они не подлежат очистке и ремонту, - говорит Е. Бокова. – Сначала мне нужно было понять механизм перемещения жидкой среды по шероховатой поверхности и разобраться, каким образом можно повлиять на процессы в зоне контакта».
Е. Бокова исследовала, каким образом микрогеометрические параметры стенки трубы связаны с гидравлическими особенностями. Аспирантка отмечает, что скорость зависит от вязкости перемещаемой среды, размера и конфигурация трубопровода, формы его поперечного сечения, а главное - от микрогеометрии внутренней поверхности (выступов и впадин).
Чтобы разобраться, как именно разместить микронеровности на поверхности трубы, Е. Бокова обратилась к примерам из живой природы. Она утверждает, что внутреннее строение стеблей растений, напоминающее систему трубопровода, использует продольное расположение канальцев для питания растения, а продольное размещение чешуи акулы решает задачу эффективной обтекаемости.
«Подобный эффект применения продольных микробороздок различной формы на обтекаемой поверхности (риблеты) я наблюдала в судостроении. Микробороздки создают поверхности с проскальзыванием, препятствуя перемешиванию слоев жидкости. Таким образом, за счет снижения амплитуды и интенсивности вихревого движения уменьшается турбулентное сопротивление, - поясняет Е. Бокова. - Я получила косвенное подтверждение своей идеи, суть которой в том, что нужно взять строго геометрически правильный выступ и поместить его в продольном направлении. Кроме того, микронеровности следует выполнять в форме трапеции».
По словам Е. Боковой, уникальную геометрию можно использовать при производстве любых металлических труб, однако более эффективный результат будет виден на трубах малого диаметра. В трубопроводах большого сечения микронеровности могут снизить отложение продуктов на стенках.
Предложенная технология позволяет регулировать скорость перемещения жидких сред, в том числе и для манипулирования каплями в микрожидкостных системах. Поэтому данная идея может реализоваться в нанотехнологиях, пищевой промышленности, а также в сфере изготовления медицинского оборудования (системы капельного введения лекарственных препаратов или протезов кровеносных сосудов). Автор проекта сообщает, что после подготовки компьютерной модели она перейдет к натурному эксперименту.
Ирина Афанасьева
