Эффект Матрешки

0 601

Исследователи из Университета штата Юта изучили каскады воды, чтобы раскрыть тайну динамики жидкости.

После года исследования команда инженеров и жидкостных динамистов разгадала физику уникального подводного явления, которое сравнивалось с куклой Матрешкой.

В исследовании, опубликованном на прошлой неделе в Journal of Fluid Mechanics, исследователи из Splash Lab описывают, что происходит, когда капли быстрой последовательности воздействуют на спокойную поверхность воды и создают полость воздуха под водой.

«Когда поток капель попадает на поверхность, он подтягивает воздух и создает заполненную воздухом полость», — говорит ведущий автор и кандидат наук Натан Спейрс. «Формы полостей меняются в зависимости от параметров удара, таких как диаметр капли и скорость при ударе».

Когда непрерывный поток воды — струя — воздействует на поверхность воды, она образует цилиндрическую форму глубокой, узкой полости. Когда капли медленной последовательности воздействуют на воду, они образуют отдельные полости, которые закрываются и разрушаются до того, как выпадет следующая капля. Команда Splash Lab хотела знать, что происходит, когда капли быстрой последовательности воздействуют на воду.

Результатом является уникальная серия полостей внутри полостей, которая создает ребристый вид.

«Если частота падающих капель достаточно высока, капли попадают в одно и то же место и создают вложенные полости», — сказал Спейрс. «Каждая последующая капля образует полость в основании предыдущей полости».

Наличие порога между высокой и низкой частотой является ключевой частью результатов команды. Спейрс говорит, что никогда не было числа, определяющего этот порог. Таким образом, он и его команда определили такой показатель.

«Мы можем определить типы полостей на основе нового безразмерного числа, которое мы называем номером Матрешки. Если число меньше единицы, полость рухнет до того, как следующая капля ударит. Если она выше единицы, мы прогнозируем, что будет образование вложенных полостей».

Смотрите также  Ученые смогли сымитировать условия ядер экзопланет

Исследователи говорят, что их исследование предлагает новые приложения для повседневной жизни.

«Уже давно известно, что струя жидкости перетекает в поток капелек всего в нескольких дюймах от источника струи», — сказал соавтор и доцент университета США Тад Трускотт. «Это означает, что, когда обычные струи воды воздействуют на пул воды — например, еак из крана в кухонную раковину, — потоки капель создают полости, похожие на те, которые мы изучаем в Splash Lab».

Понимание нюансов типов всплесков может привести к устройствам, которые уменьшают всплеск назад и обеспечивают более чистую среду.

В промышленности более глубокое понимание этого никогда не объясняемого аспекта динамики также может привести к успехам в производстве химических веществ и фармацевтических препаратов. Натан Спейрс говорит, что результаты особенно полезны для разработки более безопасных и более эффективных процессов, в которых всплеск назад является большой проблемой.


Больше информации: Nathan B. Speirs et al, The water entry of multi-droplet streams and jets, Journal of Fluid Mechanics (2018). DOI: 10.1017/jfm.2018.204 

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x