在国际空间站上观看精彩的水滴融合

来源：cnBeta 　2022-12-28 05:26:58

(资料图片)

了解水滴如何扩散和凝聚对于日常生活中的情景是至关重要的，例如雨滴从汽车、飞机和屋顶上落下，以及在能源生产、航空航天工程和微尺度细胞粘附中的应用。然而，这些现象很难建模，在实验中观察也很困难。在AIP出版的《流体物理学》中，来自康奈尔大学和克莱姆森大学的研究人员设计并分析了在国际空间站（ISS）上进行的液滴实验。

水滴通常表现为小的球形水帽，因为其表面张力超过了重力。

"如果水滴变得更大，它们就开始失去球形，而重力将它们挤压成更像水坑的形状，"作者康奈尔大学的Josh McCraney说。"如果我们想分析地球上的水滴，我们需要在一个非常小的尺度上进行分析。"

但是在小尺度上，水滴的动态太快了，无法观察。因此，在国际空间站，太空中较低的重力意味着该团队可以研究更大的液滴，从几毫米的直径到10倍的长度。

在国际空间站的实验中，水滴（厘米级）合并。

研究人员将四种具有不同粗糙度的表面送到国际空间站，在那里它们被安装在一个实验桌上。摄像机记录了水滴的扩散和合并过程。

美国宇航局宇航员凯瑟琳-鲁宾斯和迈克尔-霍普金斯将在表面的一个中心位置放置一个所需大小的单滴。这个水滴靠近，但不接触，一个预先钻入表面的小舷窗，然后宇航员通过舷窗注水，水收集并基本上长出相邻的一滴。注射继续进行，直到两滴水接触，在这一点上它们会凝聚在一起。

实验旨在测试戴维斯-霍金模型，这是一种模拟水滴的简单方法。如果一滴水坐在一个表面上，它的一部分接触到空气并形成一个界面，而与表面接触的部分则形成一个边缘或接触线。戴维斯-霍金模型描述了接触线的方程式。实验结果证实并扩大了戴维斯-霍金模型的参数空间。

作为该项目的最初主要研究者，康奈尔大学已故的保罗-斯蒂恩教授申请了拨款，走访了世界各地的合作者，培训了博士生，并细致地分析了相关的地面研究，所有这些都是为了看到他的工作在国际空间站上成功进行。不幸的是，斯蒂恩在他的实验发射前几个月就去世了。

麦克拉尼说："虽然他不在这里看到结果是一件非常不幸的事情，但我们希望这项工作能让他和他的家人感到骄傲。"

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