Применение компактного устройства, формирующего длинную ламинарную струю, для создания локальной чистой зоны
Автор: Юлия Сергеевна Зайко
Соавторы: А.И. Решмин, С.Х. Тепловодский, Л.А. Гавирова, В.Д. Салова
Организация: НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова, биологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова
В работе [1] описано разработанное в НИИ механики МГУ устройство, позволяющее формировать длинную (длиной ~ 5D) ламинарную струю диаметром D = 0.12 м при числах Рейнольдса около 10 000. Особенность устройства состоит в том, что его длина составляет всего 1.5D. Для формирования струи диаметра ~ 0.1 м стандартным способом понадобилась бы труба длиной десятки метров (в ней на выходе формируется параболический профиль скорости, благодаря которому затопленная струя остаётся ламинарной на расстоянии нескольких диаметров от выхода из трубы) [3]. Полученная в работе [1] струя позволила экспериментально верифицировать предсказания линейной теории устойчивости в применении к затопленной струе круглого поперечного сечения [2], что является вкладом в развитие фундаментальной теории устойчивости.
Кроме этого, разработанный способ создания длинных ламинарных струй имеет непосредственное прикладное значение. Если сформировать струю достаточно большого диаметра, состоящую из очищенного воздуха, то она может быть использована в качестве локальной чистой зоны. Такие зоны необходимы в ряде областей высокоточной промышленности, медицине, биологических и химических лабораториях. Если зона создаётся с помощью ламинарной струи, она не должна быть отгорожена непроницаемыми стенками, отсутствие которых упростит доступ персонала к защищаемому объекту и облегчит работу с ним. В докладе рассказывается об установке (см. рис. 1(а)), создающей локальную чистую зону диаметром 0.5 м и длиной 0.8 м. Кроме измерений механических характеристик струи, совместно с лабораторией физиологии и биохимии микробов биологического факультета МГУ проведены микробиологические эксперименты, результаты которых подтверждают, что струя очищенного воздуха не смешивается с окружающим воздухом, специально загрязнённым микроорганизмом Bacillus subtilis в споровом состоянии, и остаётся ламинарной на расстоянии до 0.8 м (см. рис. 1(б – г)).
Работа частично поддержана грантом РФФИ (проект № 18-08-00074).
Рис. 1: а — схема устройства, формирующего ламинарную струю, на штативе и расположение чаш Петри с питательной средой на рабочем столе (эксперименты проводились для различных расстояний L); на чашах, стоявших на расстоянии L = 0.8 м от диффузора при проведении эксперимента по загрязнению окружающего воздуха, не обнаружено колониеобразующих единиц (КОЕ) (б); на чашах, стоявших на расстоянии L = 1.2 м, выявлено 3.48 КОЕ/см2 (в); на контрольной чаше, стоявшей вдали от струи очищенного воздуха, выявлено 28 КОЕ/см2 (г).
1. Zayko J., Teplovodskii S., Chicherina A., Vedeneev V., Reshmin A. Formation of free round jets with long laminar regions at large Reynolds numbers. Phys. Fluids. 2018. V. 30. 043603.
2. Zayko J., Reshmin A., Trifonov V., Gareev L., Vedeneev V. Experimental study of perturbation growth in the submerged jet. EDRFCM 2019. March 26–29 2019, Bad Herrenalb, Germany.
3. Козлов Г.В., Грек Г.Р., Сорокин А.М., Литвиненко Ю.А. Влияние начальных условий на срезе сопла на структуру круглой струи. Теплофизика и аэромеханика. 2008. Т. 15. № 1. С. 59 – 73.