Революционная форма носика и основы физики текучести для чайников (к вопросу о динамическом подлизывании)

 Для лучшего понимания о чем идет речь, рассмотрим подробнее совокупность физических факторов, воздействующих на поток чая в момент разлива. В общем случае, исключающем форс-мажор, нападения на оператора, сильный боковой ветер и проч. мы наблюдаем следующую картину. При наклоне чайника на угол α под влиянием силы тяжести возникает перепад давления и чайная жидкость, согласно закону Архимеда, начинает течь по пути наименьшего сопротивления через носик. Итак, мы имеем следующие силы, действующие на поток чая из заварника: (1) сила тяжести; (2) сила трения чая о стенки носика; (3) сила сопротивления, обусловленная разностью давления воздуха внутри и снаружи чайника; (4) силы поверхностного натяжения; (5) гидрокапиллярные силы сопротивления отрыву струи от поверхности края носика; (6) какие-то непонятные причины. Ввиду сложного характера взаимодействия этих сил и постоянно изменяющегося значения α, процесс не поддается описанию простыми линейными формулами. Однако, мы можем с уверенностью сказать, что в момент замедления скорости потока, когда кинетической энергии чая становится недостаточно для преодоления силы (5) наблюдается эффект «липкого разрыва струи»,  который, в свою очередь, и является одной из основных причин динамического подлизывания. Кроме того, при отрицательном значении угла склонения кончика ß сила тяжести (1) действует в синергизме с локальными моментами инерции турбулентных потоков на выходе, что может вылиться в суммарные потери чайной жидкости до 10-16% от полезного объема.

Каковы же пути устранения этих негативных тенденций. Чтобы разобраться, перейдем к рассмотрению ключевых аспектов конструкции самого заварника, которые самым непосредственным образом влияют на характер проистекания. Отметим следующие характеристики: (1) угол склонения кончика ß; (2) толщина и профиль стенки края носика; (3) форма и площадь поперечного сечения носика; (4) суммарная площадь сечения выходных каналов ситечка; (5) диаметр воздуховодного отверстия в крышечке; (6) что-то ещё. Параметры (3), (4), и (5) в совокупности влияют на силы (2) и (3), усиливая или ослабляя турбулентность. Например, если при слишком узком носике и недостаточной пропускной способности ситечка мы имеем отсутствие отверстия в крышечке, то дефекты чаеиспускания неизбежны и в лучшем случае ограничиваются учащенным пробулькиванием, а зачастую могут грозить крышетечностью. Напротив, при черезмерно расширенном носике турбулентность потока возрастает настолько, что подлизывание может принимать характер неуправляемой разбрызгиваемости. И то и другое недопустимо, поэтому следует придерживаться оптимальных и сбалансированных значений параметров (3), (4) и (5). Толщина и профиль стенки носика (2), в свою очередь, проявляют действие сил (4) и (5) непосредственно в зоне отрыва струи. В общем случае, чем больше значение радиуса кривизны нижнего края носика (Rn), тем сильнее каплеобразующий и струезалипательный механизмы, и, как следствие, не только повышенная остаточная подтекаемость, но и усиление эффекта динамического подлизывания на малых скоростях потока в последней фазе разлива. И, наконец, трудно переоценить роль фактора склонения кончика. Совершенно очевидно, что результирующий вектор сил, способствующих подлизыванию, при отрицательном значении угла ß усиливается сонаправленным ему вектором силы гравитации и, напротив, заметно ослабляется при положительном ß. Последние исследования британских гидродинамиков А.Ризена и Б.Шнауцера как раз это подтвердили. Подводя некоторые итоги анализа, следует подчеркнуть, что нами выявлена ключевая роль ряда параметров края носика в формировании эффекта динамического подлизывания малых скоростей потока.

Что же, пора перейти от теории к делу и познакомиться с попытками решения проблемы подлизывания в мировой исторической практике. Большинство известных нам, сколько-нибудь действенных, способов доработки носика сводятся к управлению двумя параметрами: уменьшению радиуса  кривизны нижнего края носика – Rn, и увеличению угла склонения кончика - ß. Это вполне согласуется с общей теорией подлизывания (см. выше). . Рекомендуемое некоторыми авторами применение гидрофобизаторов  несовместимо с тонким вкусом чая.

Краткая сравнительная характеристика основных типов носиков с пониженной подлизываемостью представлена на рисунке слева. Тип (1) – Обрезанный. Обладает наилучшим показателем Rn, поэтому особенно хорош при быстром разливе. Однако, поскольку его кончик смотрит вверх (ß < 0), этот тип при замедлении скорости начинает сильно подлизывать, а по окончании разлива не держит капельку. Тип (2) – Юбочка. В противоположность типу(1) не страдает остаточным подтеканием, но при слишком резком наклоне ведет себя не лучшим образом, зачастую проявляя склонность к турбулентному разбрызгиванию. Тип (3) – Клювик. Лучший  в своем классе. Избавлен пороков предыдущих типов, но имеет свой собственный – недолговечность. Хрупкие клювики легко отбиваются. Печальная статистика свидетельствует, что 12-15% клювиков не доживают и до обжига, а половина клювиков, прошедших испытание обламывается в первый же год. Итак, мы видим, что ни один из вариантов не лишен тех или иных существенных недостатков. Так было до сих пор.

Представленный на рассмотрение уважаемой публике носик Цинмана-Фраймана по эффективности практически не уступает знаменитому носику системы Клювика, но значительно превосходит его по прочности и долговечности. К тому же он красив. Сочетая в себе оптимальную величину угла склонения кончика с умеренным радиусом кривизны края, новый носик дает здоровую, уверенную струю на высоких скоростях разлива и великолепно справляется с подлизыванием при замедлении потока. Что же касается статического каплестекания, то с этим явлением покончено навсегда. Положительный угол ß не позволяет остаточной капле перетекать с носика на грудку и брюшко чайника, оставляя характерный след – отвратительную коричневую полосочку, повергавшую в ужас чайных эстетов. Теперь можно с уверенностью говорить о том, что 2010 год станет для любителей чая переломным и такие пережитки прошлого, как подлизывание и каплестекание не омрачат чаепития будущим поколениям.