W 2010 roku kontynuowano prace związane z opracowaniem efektywnej metody chłodzenia przy pomocy przepływu jednofazowego w strugach swobodnych.

Celem pracy jest opracowanie efektywnej metody chłodzenia powierzchni ciała stałego, które może znaleźć zastosowanie w mikrowymiennikach ciepła przy zastosowaniu mikrostrug. Strugi cieczy wykorzystuje się również w procesach wytwarzania stali i tworzyw sztucznych do utrzymywania odpowiedniej temperatury podczas procesu. Taka metoda znajduje również zastosowanie przy chłodzeniu laserów, wysokoobciążonych procesorów komputerowych i innych elementów elektroniki, elementów maszyn i silników spalinowych.

Badania dotyczą wymiany ciepła w strugach i filmach cieczowych, a w szczególności chłodzenia powierzchni przez natrysk strug jednofazowych. Celem prac jest poznanie zagadnienia przejmowania ciepła w poszczególnych obszarach rozpływu strugi po powierzchni płaskiej, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu uskoku hydraulicznego powstającego przy przejściu przepływu nadkrytycznego w podkrytyczny na współczynnik przejmowania ciepła.

Powyższe zagadnienie badane było eksperymentalnie na skonstruowanym do tego celu stanowisku badawczym w IMP PAN, oraz analitycznie i numerycznie przy użyciu kodu CFD. W 2010 roku prace skupiały się głównie na analizie numerycznej zjawiska.

Obliczenia numeryczne zagadnień rozpływu i wymiany ciepła uderzających strug cieczy były kontynuowane przy zastosowaniu programu Fluent do symulacji zagadnień mechaniki płynów. Stworzony został model numeryczny, który uwzględnia siły napięcia powierzchniowego i umożliwia wyznaczenie podstawowych parametrów filmu cieczowego powstałego w wyniku uderzenia strugi o powierzchnię płyty. Do obliczeń przyjęto, że cieczą jest woda poruszająca się w ośrodku gazowym (powietrzu). Założono również, że zagadnienie jest osiowosymetryczne i stacjonarne, przepływ jest nieściśliwy i płyny się nie mieszają. Lepkość płynów założono stałą. Punktem wyjściowym dla obliczeń numerycznych jest układ równań bilansu masy, pędu i energii dla przepływu dwufazowego z zastosowaniem modelu VOF, uzupełniony równaniami ewolucji turbulencji k-ω i z uwzględnieniem sił napięcia powierzchniowego.

Dla zadanych warunków początkowych i brzegowych oraz konkretnej geometrii obszaru określono podstawowe parametry filmu cieczowego. Uzyskano następujące rezultaty: grubość filmu cieczowego w strefie podkrytycznej (Fr<1) i nadkrytycznej (Fr>1) oraz w obszarze uskoku hydraulicznego, rozkład naprężeń stycznych na ściance w kierunku promieniowym oraz profile prędkości w przekroju filmu cieczowego.