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柔软物质和液体

柔软物质和液体

液体喷射进化由表面张力驱动,不是重力

07 Apr 2021
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喷射:喷射的颗粒成像速度图像经历了比重力的减速20倍。 (礼貌:CJM VAN RIJN /物理评论流体)

当液滴落在液体表面上时,产生壮观的液体射流 - 这是一个至少100年的物理学家的现象。现在,研究人员带领 Cees Van Rijn. 在阿姆斯特丹大学表明,表面张力在减慢向上流动和塑造射流时比重力发挥着更大的作用。该团队使用先进的成像技术来为喷气机的自我相似演变提供明确的定量解释。他们的结果揭示了在广泛研究的流体动力学区域上的新光,并可以更好地了解液体在微匍匐中的表现方式。

当雨滴击中水池时,它含有它含有的液体将迅速移动以填补其形式的冲击火山口。这产生了向上移动的喷射射流,通常高度几厘米,其升高并落入100毫秒以下。这些喷射的关键特征是它们的形状与它们上升和下降相同 - 一种称为自相相似性的现象。

这些流动的物理长期以来一直是一个活跃的研究领域,这主要专注于射流演化的各个方面与所涉及的液体类型有关。然而,小规模流体动力学的一个关键方面的作用仍然不清楚:表面张力对于了解喷射器中的液滴是如何发展而是仅被调用以在向上流动的喷射器的尖端中模拟形成的液滴来模拟液滴的液滴来说至关重要。

荧光示踪剂

De Rijn的国际团队使用粒子成像速度(PIV)在前所未有的细节中探索了喷气机。这涉及将荧光示踪剂颗粒放入流体中并用激光照射它们 - 露出流动液体的路径和速度。

该团队的测量揭示了喷气机内的流体元件在比预期单独的重力速度快5-20倍的速度下降5-20倍。只能通过算用于向下拉动喷射器的表面张力来解释这种高值。这种洞察力使De Rijn和同事更新现有的理论模型,以与重力和流体惯性的影响结合起来的表面张力。他们的新模型适用于各种其他液体,包括乙醇,以及水和甘油的混合物。

这些改进允许团队更好地解释喷气机发展的自类似方式。表面张力的效果意味着,虽然喷气机的高度和宽度随时间不断地改变,但它们的速度谱和圆锥形状几乎没有变化。通过更新的模型,研究人员可以将这些动态与自相似系统的特定数学描述相匹配,它们纠正了重力的贡献。

该团队收集的见解为通过撞击液滴产生的喷气机的形状和动态提供了第一种完全准确的定量解释。在未来的研究中,他们希望在国际空间站上重复他们的实验,可以在低重力环境中研究表面张力的影响。

该研究描述于 物理评论流体.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者