Текст книги "Необыкновенная жизнь обыкновенной капли"

Автор книги: Марк Волынский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 9 страниц)

Научный работник обычно сам принимает участие в планировании, выдвигая тему, а иногда и сроки. И сам же часто попадает в свой капкан. Оценить время работ по новой теме, когда основная идея до конца и в деталях не ясна, чрезвычайно трудно. А если вдруг по ходу дела обозначился новый, более обещающий поворот? Откуда взять резерв времени? Мы придаем должное значение материальным и другим резервам, а почему со временем должно быть иначе? Из своего горького опыта я вывел правило: «коэффициент запаса» – планируемый интервал времени, который на первый взгляд кажется вполне достаточным,– умножай на два, тогда, работая с полным напряжением, едва уложишься в срок.

К слову, об оценке результатов исследовательских работ: проблема непростая и по сей день актуальная. Все зависит от научной и практической значимости задачи. Иногда и отрицательный результат (полученный с точностью до «наоборот») полезен. В других случаях добытые материалы без серьезного анализа точностей вообще не имеют ценности. А есть еще и такие темы: если в конце узнаешь хотя бы, как следовало ставить работу в начале,– считай результат положительным.

Как сделать туман!

Первый этап моих исследований, возникший из случайного наблюдения, завершился. Опыты проводились на сравнительно крупных каплях, диаметром 0,8—3 миллиметра. Предстоял второй этап. Нужно было доказать универсальность свойства дробления движущихся капель вплоть до самых мелких, обитающих в камерах сгорания. Вопрос этот оставался открытым, ведь мелкая капля быстро увлекается потоком, при этом ее относительная скорость и активные силы падают, деформация не успевает дойти до критической фазы, и распад не происходит.

Переход к более мелким частицам серьезно усложнял эксперимент. Но прежде всего мы нуждались в этих самых мелких частицах. Так в пятидесятые годы возникла проблема точно калиброванных капель. Требовался Прибор, «штампующий» строго однородные капли заранее Известного диаметра, хотя бы до 100—200 микрометров.

Обычные пипетки давали капли порядка два-три миллиметра. «Штучное» производство ртутных капель под микроскопом в первых опытах было решительно пресечено нашей охраной труда.

Как же получить однородные мелкие капли? Казалось бы, чего проще. Вытянуть на горелке носик пипетки хоть до толщины волоса – вот и устройство для получения самых маленьких капель. Увы! Мы уже не раз могли убедиться в сюрпризах мира капель. Помните, в вопросе о форме жидкой частицы нас обманула интуиция, сейчас обманывает так называемый здравый смысл. В действительности получится вот что: на кончике тончайшего капилляра все равно соберется крупная капля жидкости и сама полезет вверх, нанизываясь на капилляр, как бусинка. Большие капиллярные силы высасывают жидкость на внешнюю поверхность стекла, и уже не поймешь, жидкость в капилляре или капилляр в жидкости. По водяной пленке и поднимается капля, легко преодолевая силу тяжести; стряхнуть ее очень трудно, она крепко держится за трубочку.

Тогда решили обмануть капиллярность и испробовать не трубочку, а распылитель (форсунку) с микроканалом длиною не менее десяти диаметров для равномерного течения. Это вызвало технологические трудности – дефицитные сверла в десятую долю миллиметра безбожно ломались. Когда их осталось всего десять, начальник нас просто выгнал из инструментальной кладовой.

Кто-то вспомнил новинку тех лет, а теперь широко распространенный метод электроэрозии, он позволял делать ранее невозможное – сверлить «кривое ружье» или тончайший канал. Я однажды наблюдал работу электроэрозионной установки: было весело глядеть, как голубые микромолнии били с острия простой проволочки в деталь (оба являлись электродами электроцепи), расплавляя материал в маленькой точке поверхности и вырывая капельки металла. Проволочка трудолюбиво прогрызала себе путь, погружаясь в канал. Изобретатели – чета Лазаренко – работали раньше у нас. Они, между прочим, опубликовав статью в журнале, не удосужились оформить авторское свидетельство. Когда встал вопрос о продаже установки за границу, там предъявили патент (по существу, присвоивший чужую идею) и предложили купить установки у них. Как известно, теперь все предусмотрено для исключения таких казусов: наша страна – участник международного соглашения об авторском праве.

Начальник электроэрозионной мастерской инженер Шмуклер был энтузиастом метода. Обнадеженные и веселые, мы моментально составили служебную записку: «Просим прошмуклеровать отверстия в распылителях...» Наш начальник сектора, не читая, подписал (на что и рассчитывалось). Шмуклер сначала рассердился, потом рассмеялся – к вечеру мы получили распылители. Термин «прошмуклеровать» с чьей-то легкой руки вошел в быт института.

Увы, форсунка с тончайшим отверстием не оправдала надежд. Высокое гидравлическое сопротивление канала затрудняло подбор давления подачи, а требовалась мизерная скорость истечения. Струйка то прерывалась, то текла (по выражению механиков) «сикось– накось» – эрозия создавала слишком неровную поверхность, капли получались неодинаковыми.

Придумать с ходу калибровочный прибор не удалось, оказалось непросто реализовать ходячую поговорку: «Похожи как две капли воды». Требовалась новая идея. «Попробуем подключить материальный стимул»,– решил я и уговорил наше начальство объявить внутриинститутский конкурс с премиями на лучшую принципиальную схему прибора. Жюри отобрало два предложения. Одно устройство тут же окрестила «Жбан Гартьера» по фамилии автора – механика стенда. Внутри металлического цилиндра из жести со щелью в верхнем дне устанавливалась форсунка, которая пылила вертикально вверх. Сила тяжести сепарировала капли по массе – мелкие опадали, более крупные били выше. Регулируя давление подачи и высоту расположения форсунки, можно из спектра выделить наиболее дальнобойные капли диаметром до 100—150 микрометров. Вдоль щели подавалась небольшая струя воздуха, транспортировавшая каплю к стендовой установке. Устройство вообще работало, но оказалось очень сложно отобрать одну-единственную частицу стабильного размера.

Другой оригинальный прибор был предложен молодым одаренным инженером А. В. Ливенцовым. Прибор быстро вошел в практику, а изобретатель получил авторское свидетельство. Принцип действия заключался в следующем (рис. 19):

Рис. 19. Генератор однородных капель: 1 – сосуд с жидкостью, 2 – подающая трубка, 3 – боек, 4 – кнопка включения, 5 – электромагнитное реле, 6 – реле питания, 7 – сажевый экран, 8 – фазы каплеобразования, 9 – шарик Плато

боек совершает возвратнопоступательное движение, ударяя в жидкий мениск трубки, на обратном ходе острие вытягивает жидкий столбик, при разрыве которого образуется одиночная капля (шарик Плато) удивительно стабильного размера. Подбирая внутренний диаметр трубки, высоту столба жидкости в сосуде и форму бойка, можно было получать капли любых размеров. Мы нажимали на кнопку, прибор «строчил» серией одинаковых капель или при отрывистом «стаккато» выдавал одну-единственную. Тогда это, возможно, был первый прибор, решающий столь просто и надежно задачу калибровки капель; мы тогда опередили зарубежную технику.

Позднее у нас и в иностранной литературе появилось описание значительно более сложного устройства типа «чертова колеса». В центр вращающегося со скоростью 40 000—60 000 оборотов в минуту диска подается струя жидкости. Огромные центробежные силы, растянув ее в тонкую пелену, отрывают волны колебаний с периферии диска в виде мелких постоянных капель. Конечно, никакие подшипники не выдерживают таких сумасшедших оборотов, и диск, вращаясь, висит на специальной воздушной подушке.

Но почему все-таки удается получить одинаковые капли? Мысль изобретателя перехитрила природу, самопроизвольно стремящуюся к статистическому беспорядку спектра распыливания – принцип заключается во вмешательстве упорядоченного поля сил в хаос распада. В начальный момент, когда на жидкой поверхности развиваются колебания лишь одной наиболее неустойчивой длины волны, центробежные силы захватывают ее и отделяют от жидкости раньше, чем разовьются другие волны – источники капель всевозможных размеров.

В литературе был описан еще один метод получения одинаковых капелек: они выпадают в виде тумана из насыщенных паров. Но эта «туманная» установка отпугивала своей сложностью и трудностью регулировки, о чем глухо упоминал сам автор. Другое приспособление для получения однородных мелких капелек все-таки обуздало тонкий иглообразный капилляр – мелкая капля с него сдувалась специально дозированным соосным потоком воздуха; впоследствии такое устройство пригодилось в опытах с испарением. Но это все появилось потом, а пока все мои надежды были связаны с прибором Ливенцова.

Трудность вдруг пришла с неожиданной стороны: кое-кто из руководства стал возражать против продолжения моей работы.

– Хватит рассматривать мелкую каплю крупным планом, у нас отраслевой, а не академический институт. Получен первый принципиальный результат, ну и хорошо. Пусть ученые-теоретики изучают общие закономерности, нам нужно делать не бумагу, а железо. Нельзя так долго исследовать один элементарный процесс: скорее пройти по всей цепочке и создать практический расчет камер сгорания.

В этом, конечно, содержалась своя логика, но была и другая, ее-то я и отстаивал со всем пылом и упорством (после чего в нашей стенгазете появилась частушка «Почему Волынский с пылом занимается распылом?»).

Фронт науки – академической или прикладной – един; если на каком-то участке обозначился успех, прорыв в неизвестное, надо его максимально развить, добиваясь возможно больших результатов, тогда они пригодятся не только в нашей отрасли, но и в других. Именно поэтому спустя некоторое время ко мне потянулись за консультацией не только из нашей, но и других самых разнообразных областей техники: двигателисты, теплотехники, химики, металлурги, которые теперь распыливают металл в порошковой металлургии. Были даже медики и биологи, интересовавшиеся мелкодисперсными эмульсиями для своих препаратов. Как всегда, практике от науки нужно было одно: хорошая теория или обобщение надежного эксперимента.

Для меня этот спор «академиков» и «практиков» был в то время совсем не академическим – могли просто прикрыть тему на следующий год.

Впоследствии я прочел у гениального французского ученого Анри Пуанкаре: «Наука, созданная исключительно в прикладных целях, невозможна; истины плодотворны, только если между ними есть внутренняя связь. Когда ищешь только истин, от которых можно ждать непосредственных, практических выводов, связующие звенья исчезают и цепь рассыпается...»

К счастью, меня поддерживал мой непосредственный начальник Евгений Сергеевич Щетинков, соратник и друг Сергея Павловича Королева. Это был один из зачинателей реактивной техники еще со времен знаменитых ГИРДов – групп изучения реактивного движения.

Есть люди двух сортов – «орех» и «ягода». У первых сразу чувствуешь твердость, волю. Но если жизнь их ломает – человек кончен, скорлупа треснула, обнажается незащищенная мякоть нутра. Вторые вроде мягкие, податливые, а попробуй поднажать, ощутишь монолитную косточку, ее не прокусить, твердость непреодолимая, принципиальность до конца. Таким и был Евгений Сергеевич – скромный, мягкий, доброжелательный человек, с какой-то очень неброской, «штатской» внешностью. Будучи начальником крупного подразделения и руководителем нескольких научных направлений, он органически не умел безапелляционно приказывать, быть резким или повышать тон.

Я пытаюсь задним числом понять истоки его авторитета. Как же он управлял лабораторией? А ведь дела шли совсем неплохо. Прежде всего слово Евгения Сергеевича всегда весило очень много по своей научной компетентности и житейской разумности. Он не сыпал каскадом блестящих и скороспелых идей, у него их было лишь несколько. Но как умело он сочетал аналитический подход и эксперимент, находил нужную глубину научных разработок и доводил их всегда до практического, инженерного уровня. И как старался он пользу дела увязать с личным, научным интересом работника! Получить от него обещание было нелегко, но получивший знал: слово Евгения Сергеевича свято.

В его отношениях с людьми не могло быть и речи о каком-либо своекорыстии или карьеризме (а ведь рядом иные весьма энергично карабкались по служебной лестнице). Насколько я помню, Евгений Сергеевич воевал не за повышение, а за понижение своей должности, чтобы сохранить время для разработки своих научно– технических идей.

Но попадались подчиненные несговорчивые, строптивые, просто не согласные с его технической политикой. Как умел он быть тогда корректно-твердым, мягко-нудным, интеллигентно-въедливым, неутомимо убеждать, доказывать. Переспорить его было немыслимо, не выполнить указания – невозможно. Даже «СП» (Сергей Павлович Королев), человек иного склада, быстрый на вспышку и резкое, а то и бранное слово (хоть и отходчивый), в споре с ним ограничивался «настырным тепой». Честно говоря, я думал, что привлекательные качества Евгения Сергеевича во взаимоотношениях с людьми ограничиваются хорошим воспитанием, интеллигентностью и несколько старомодной порядочностью. Много позже узнал, что когда «СП» попал в беду (был и такой момент в его довоенной биографии), мягкий и вроде слабый Евгений Сергеевич смело пошел на его защиту.

Мне довелось встречаться со многими людьми, одаренными, даже блистательно талантливыми, но люди большой души, способные активно делать добро, попадались мне реже. Возможно, в век НТР этот талант души не то что более редок, а менее заметен. Не могу простить себе, что, находясь бок о бок с таким человеком, как Евгений Сергеевич, не понял до конца его чистую и твердую натуру, скрытую под оболочкой скромности.

Между тем прибор Ливенцова изготовили. Зная дальновидный и непредвзятый подход Евгения Сергеевича к проблемам и людям и доброе отношение ко мне, я под шумок продолжавшихся еще споров о судьбе темы снова приступил к опытам, благо стенд у меня не отобрали. Забавно было смотреть, как вереница мелких капель сыпалась из-под снующего бойка и прыгала по экрану с улавливающим слоем, оставляя аккуратные вмятинки. Мы получали частицы любых нужных размеров, но нижний предел установить так и не смогли.

Однажды студентка-практикантка МФТИ, которая выполняла эту работу, прибежала ко мне чуть не плача:

– Ничего не получается, нет капель!

– Как нет, прибор испортился?

– Вроде работает, а капель не видно.

Садимся вместе за прибор. Боек исправно стучит в жидкий мениск, а капель и отпечатков не видно. Странно! Всматриваемся в срез подающей трубки в луче сильного рефлектора, меняем углы падения света... Вот сверкнули мельчайшие блестки-пылинки, капли витают в воздухе. Размер, видимо, около 50—80 микрометров, их носит наше дыхание и конвективные токи воздуха.

Дальнейшие опыты с применением каплеобразователя показали, что и мелкие капли тоже дробятся – явление критической деформации было универсальным. Вычислить критерий дробления, однако, оказалось трудным делом: мелкие капли увлекались струей воздуха, и точно замерить их скорость в момент дробления не удавалось.

Впоследствии совместно с дипломником Сашей Липатовым мы решили задачу математически и написали статью о движении и деформации капли в поле скоростей свободной струи. По данным опытов мы вычислили критерий дробления, он оказался равным примерно 20. Это согласовывалось (по порядку величины) с результатами других исследователей, которые нашли критерий, фотографируя капли внутри прозрачного сопла.

Почему возникло расхождение с прежними результатами? Дело в том, что в первой серии наших опытов с довольно крупными частицами капля подвергалась внезапному воздействию аэродинамических сил, сразу попадая в поток (точнее, в ядро потока) большой скорости – происходила быстрая, ударная деформация. Во второй серии опытов капля постепенно наращивала относительную скорость в убыстряющемся газе, падая в пограничном слое свободной струи; происходила медленная, равновесная деформация, когда для дробления требуются большие силы, чем при динамическом ударном воздействии. Это характерный пример, когда результаты эксперимента правильно и полно осмысливаются много позже.

Проблема дробления капель пережила второе рождение в связи с конструированием ракет на твердом топливе, в которых вместе с газом движутся капли расплавленного металла. Более тяжелые частицы конденсата «всю дорогу» отстают, а поток стремится их увлечь, расходуя энергию (затрачивается впустую и часть тепла, уносимого вместе с нагретыми частицами). Относительная скорость частиц растет, достигая максимума в горловине сопла. Числа Вебера для некоторых капель становятся критическими, и капли дробятся при We = 20, что происходит, как мы знаем, когда постепенно возрастает относительная скорость.

В полете мелкие капли догоняют более инерционные крупные и все время происходят многочисленные соударения, в результате чего одни капли поглощают другие. Одновременное протекание противоположно направленных процессов (дробления и слияния) и определяет распределение размеров капель в спектре конденсата.

Все эти пертурбации ученым удалось учесть и описать в сложных уравнениях газодинамики двухфазных течений. Современные ЭВМ решают их, позволяя оценить потери реактивной тяги еще за столом конструктора до создания двигателя. Инженерные расчеты должны, как положено, подкрепляться измерениями. И снова встала задача определения спектра частиц конденсата в тракте РДТТ. Она оказалась еще головоломней прежней: ведь капли окислов были на порядок меньше форсуночных, от долей до десятка микрон, и ловить их надо было на срезе сопла в сверхзвуковом потоке при высоких температурах. Но в науке уже сменилась целая эпоха, век назывался теперь атомным, космическим, электронным. Измерительная техника шагнула далеко вперед. Что касается обработки уловленных частиц в пробе, то теперь имеется специальная аппаратура для автоматического измерения и расчета состава конгломерата различных мелких объектов.

 * * *

Основным источником капель в наших опытах, помимо генератора однородных частиц, оставалась центробежная форсунка. Она стояла во всех камерах сгорания, с которыми мы работали, хотя изредка и делались попытки применять прямоструйную подачу. Однажды кто-то сказал: «Все центробежная да центробежная, свет что ли на ней сошелся клином! Давайте поищем другие распылители, может, они окажутся эффективней».

Мы обратились к литературе, опыту других исследователей. Выбор оказался довольно обширным; многочисленное семейство распылителей, применяемых в разных отраслях техники, можно было разделить на три основные группы по принципу взаимодействия жидкости со средой: механические, газовые, или пневматические, электрические. Простейшей форсункой является струйная: круглая струя жидкости вытекает из цилиндрического сопла, образуя при распаде факел распыливания с малым углом. Требуется много распылителей, чтобы равномерно напитать топливом объем камеры. Факел можно расширить, если струю подать под углом к воздушному потоку. Он расплющивает струю, и возникает жидкий лепесток, как бы элемент круговой пелены центробежной форсунки.

Один из вариантов прямоструйной форсунки представляет собой устройство со струями, соударяющимися под углом, или со струей, бьющей в дисковый экран, с которого она стекает в виде цилиндрической пелены – жидкого «стаканчика», переходящего в бахрому струек и капель.

Наиболее древний из вращающихся распылителей – известное Сегнерово колесо. В нем жидкость вытекает из загнутых радикальных трубочек касательно к окружности вращения. Это одно из проявлений реактивной силы. Такой принцип вращения с помощью жидкой или газовой струи был знаком еще Герону Александрийскому, античному механику и математику.

В технике используется также подача струи на внутреннюю поверхность вращающегося барабана или диска, где жидкость растекается тонкой пеленой, распадающейся после удара о диск. Мы уже упоминали разновидность такого распылителя: при «головокружительно» высоких оборотах (и очень малых расходах жидкости) он дает одинаковые капли для специальных опытов.

Сорвавшись с кромки диска или барабана, жидкая частица имеет две составляющие скорости: высокую вращательную – самого распылителя и меньшую радиальную – начального течения жидкости от центра к периферии. Результирующая скорость посылает каплю по наклонным прямым. Снижая обороты (что укрупняет капли), можно с помощью скоростной фотографии увидеть своеобразный механизм процесса распыливания.

В случае небольших расходов жидкости (первый режим распыливания) по границе диска нарастает жидкое кольцо с развивающимися волнами колебаний. Каждая волна вытягивается набухающим отростком под действием центробежных сил и отделяется в виде капли. При увеличении расхода наступает второй режим распыливания – отростки на жидком кольце превращаются в длинные нити, распадающиеся на капли. Если расход будет расти дальше, нити не смогут пропустить всю жидкость, и наступает третий режим распыливания: периферийное кольцо целиком отделяется от кромки, вытягивая за собой жидкую пелену с диска. Ее распад дает уже совсем неоднородные частицы, подобно пелене центробежной форсунки. Соответствующее устройство требует затрат дополнительной энергии, но это позволяет получать большие расходы и регулировать угол распыливания изменением числа оборотов.

Акустические и, в частности, ультразвуковые форсунки используют высокочастотные колебания, которые воздействуют непосредственно на жидкость или через граничащий с ней воздух. Колебания, передаваемые вибрирующей пластинкой или стержнем, соединенным с генератором, вызывают в жидкости стоячие волны, с гребней которых срываются капли, образуя факел распыливания. Такой интенсифицированный процесс распада в струе или пелене способствует измельчению жидких частиц и делает спектр более однородным, чем в других типах распылителей.

В газовых или пневматических форсунках (к ним принадлежит уже знакомый нам пульверизатор) есть специальные устройства с каналами, которые направляют воздух с большой скоростью соосно или под углом к жидким струям. Иногда воздуху придают вращение или пускают через полость вихря центробежной форсунки. Этим достигается дисперсность более высокая, чем в механических распылителях, ценой усложнения конструкции и дополнительного расхода воздуха.

В установке с электрическим распыливанием струя подается в электрическое поле между положительным и отрицательным полюсами. Поле вызывает на струе некоторое неравномерное распределение давления, которое деформирует струю, ускоряя рост неустойчивости и распад.

Области применения упомянутых распылителей (а их конструкции, порожденные пытливой изобретательской мыслью, все прибывают) различны: струйный и щелевой используются в поршневых двигателях внутреннего сгорания и требуют высоких давлений подачи – в 100 и более атмосфер. При очень малых соплах (в доли миллиметра) они могут давать мелкое распыливание, но здесь возникает проблема засорения отверстий и необходимости специальных фильтров. Форсунки со сталкивающимися струями применялись иногда в ЖРД, а сейчас – в противопожарных и других устройствах.

Вращающиеся распылители используются в химической промышленности для распыливания вязких жидкостей и суспензий. Газовые форсунки устанавливаются в карбюраторных двигателях и в различных технологических аппаратах (нанесение покрытий и т. д.). Акустические распылители находят применение в технике приготовления порошков, в ультразвуковых горелках, в фармакологии для приготовления особо тонкодиспергируемых лекарственных эмульсий (они хорошо всасываются тканями организма), в различных топках, сушилках, в особых очистительных устройствах, перспективных в связи с проблемой защиты окружающей среды. Электрическое распыливание применяется в некоторых технологических процессах – окраске мелкодисперсным красителем, сушке материалов и т. д.

Типы и конструкции распылителей разнообразны, но в основе их лежит единый принцип: придание потоку жидкости более неустойчивых форм и конфигураций (тонкой пелены) и «подстегивание» процесса роста волн возмущений различными внешними воздействиями (механическими вибрациями, электрическим полем, направленным потоком газа и т. п.).

«Перелопатив» груду журналов и монографий, мы убедились, что большинство распылителей имеет свою узкую «профессию» и лишь центробежная форсунка наиболее универсальна, проста и компактна. Удовлетворенные, мы вернулись к ней с новым чувством уважения. Гибко изменяя ее параметры r_c  , R  , r_вх , п, иначе говоря, геометрическую характеристику

 A = r_cR / r_вх² n

– можно всегда вписать форсунку в самые разнообразные условия камеры сгорания по расходу топлива, углу распыливания и дисперсности.

Возникло желание на опыте посмотреть эффект, скрытый внутри форсунки со сталкивающимися струями. Установку соорудили почти моментально, подключив к водопроводу трубку с Т-образным тройником, на концы которого надели резиновые трубочки с цилиндрическими наконечниками. Их закрепили в химических штативах, направив струи в горизонтальной плоскости друг на друга, под углом 90°. Мы чуть-чуть приоткрыли кран, давая минимальную скорость жидкости. Стеклянно-гладкие струи воды столкнулись в начальной зоне истечения. Ну чего, казалось, особенного можно было ожидать в месте соударения? Облака водяной пыли? Но нет конца изобретательности природы в мире капель и струй. И вот возникла совершенно необычная картина.

Потоки, столкнувшись, расплющились, став тонким прозрачным овалом, расположенным перпендикулярно плоскости осей по биссектрисе угла соударения. Периферия овала очерчивалась жгутами изогнутых струй; часть жидкости была даже оттеснена вспять, оказавшись позади зоны встречи (задняя вершина овала); граничные струи, обогнув пелену, снова столкнулись в передней вершине овала, и опять под прямым углом; Картина соударения повторилась вторым, меньшим овалом уже в горизонтальной плоскости (струи теперь сталкивались в вертикальной плоскости). Так, по закону цепной реакции, нанизываясь друг на друга, протянулась витая гирлянда жидких постепенно уменьшающихся овалов—теоретический анализ показал, что это эллипсы. В такой форме явление развивалось при очень малых скоростях истечения, когда силы поверхностного натяжения жидкости сравнимы с аэродинамическими – скоростным напором ρv²/2.По мере открывания крана и роста скорости жидкости число овалов уменьшается, пока не начинается распад сразу после первого овала. Конечно, жидкая пелена неустойчива и при медленном течении, и на каком-то звене возникает распыливание, но скорость роста амплитуды волн неустойчивости оказывается меньше скорости движения жидкости, и ей удается на время «убежать» от распада.

Мы провели опыт и со встречными струями, получив в поперечной плоскости большой жидкий «блин», растекшийся в тонкую пелену поперек струй. Аналогичная картина растекания (но без распада) наблюдалась при ударе струи под прямым углом . о плоскость экрана. Вдруг где-то на большом радиусе мы увидели ступеньку кольцевого валика. Ну конечно, это наш старый знакомый – гидравлический прыжок, он должен был возникнуть! Действительно, по мере радиального растекания пелена все утоньшалась, а, следовательно, при определенной малой толщине пелены h должно было удовлетвориться уже известное нам математическое условие прыжка

 v = √gh 

И он (законы природы безотказны) не замедлил возникнуть.

 * * *

Тем временем шло становление и развитие реактивной техники, увенчавшееся блестящими успехами космических запусков. У нас и за рубежом продолжалось интенсивное исследование, рабочего процесса камер сгорания. «Строительные» работы велись сразу на нескольких этажах далеко не завершенного здания. В деловых буднях, на совещаниях и обсуждениях люди с интересом и некоторым удивлением наблюдали, как единое научно-техническое древо на глазах выбрасывает побеги отдельных проблем и направлений. Уже появились специалисты по форсункам и распыливанию – «смесеобразователи»; по организации процесса горения в потоках больших скоростей – «горелыцики». Кто-то вспомнил старую шутку о врачах – специалистах по правому и левому уху. Но жизнь, практика на самом деле требовали специализации и неизбежно разводили пути-дороги исследователей. Такое расслоение происходило и в среде зарубежных ученых, с которыми постепенно налаживались контакты. Уровень работ наших авторов по распыливанию и горению был достаточно высок, и они все чаще публиковались и цитировались в иностранной литературе. Один из наших аспирантов получил из Англии ( в те годы это было в новинку) письмо-отклик на свои новаторские статьи по турбулентному горению. На конверте значилось: «А. Г. Прудникову– эсквайру» (помимо любезного обращения, титул имел еще первоначальное, старое значение – землевладелец, дворянин). Сейчас уважаемый доктор технических наук проживает в благоустроенной квартире и вряд ли вспоминает эпизод прошлого. А тогда наш «эсквайр» с семьей ютился в тесной комнатке (с жильем было туговато), и, пожелай автор письма посетить коллегу в один из приездов на научную конференцию, возникла бы неловкость.

Параллельно с исследованием процессов рождения капли из струй начались поиски закономерностей последующих фаз ее краткого, но многообразного существования – испарения и горения. Измерение времени жизни капли требовалось для расчета камеры сгорания не только двигателей, но и промышленных топок, котельных установок тепловых электростанций, различных энергоблоков и т. д.

Мы интенсивно искали методику эксперимента. В технической задаче такого рода открывались два различных пути. Рассматривать явление как оно есть, в условиях, близких к реальным,– факел распыливания в камере с потоком нагретого воздуха – и искать эмпирическую зависимость степени испарения, растущей доли испаренного вещества по длине. Или выделить одну-единственную каплю из всего роя и изучать механизм процесса в более простом и ясном проявлении с надеждой на дальнейшие обобщения. Первый путь сулил, казалось, реальные и сравнительно быстрые результаты – виделся несложный эксперимент: улавливать жидкость гребенкой отбора – шеренгой согнутых Г-образных трубочек, пользуясь осевой симметрией потока. Правда, самые мелкие капли могли облетать трубочки. Но в спектре распыливания некоторых форсунок доля таких капель была невелика, и расчеты позволяли вносить поправку. Вычисляя разницу расхода из форсунки я массы отобранной жидкости, оказалось возможным построить кривую роста степени испарения. Вскоре мы получили целый «чемодан кривых», как говорила техник Раиса, прилежно строившая все эти графики. Но никакой закономерности подметить не удавалось. Обобщение в виде эмпирической формулы не получалось – ум, как и глаз, не мог сразу охватить сложное многообразие летящих и испаряющихся капель. Мы, правда, получили при этом некоторое представление о реальных интервалах и скоростях испарения, что для начала тоже оказалось ценным.