Изследователи от държавния университет в Юта изпращат каскади с вода в резервоар, за да разкрият мистерия на динамиката на течностите.

ефектът

След едногодишно изследователско проучване екипът от инженери и течни динамици разнищи физиката зад уникален подводен феномен, подобен на куклата Матрьошка - традиционната руска кукла в куклата.

В проучване, публикувано миналата седмица в Journal of Fluid Mechanics, изследователи от лабораторията Splash Lab на USU описват какво се случва, когато водните капчици с бърза последователност въздействат на спокойна повърхност и създават въздушна кухина под водата.

„Когато поток от капчици удари повърхността, той издърпва въздуха и създава запълнена с въздух кухина“, казва водещият автор и кандидат за докторант Натан Спиърс. "Формите на кухините варират в зависимост от параметрите на удара, като диаметъра на капката и скоростта при удара."

Когато непрекъснат воден поток - струя - въздейства върху водната повърхност, тя образува цилиндрична форма, дълбока, тясна кухина. Когато капчиците с бавна последователност въздействат върху водата, те образуват отделни кухини, които се затварят и се срутват преди попадането на следващата капчица. Екипът на Splash Lab искаше да разбере какво се случва, когато капките с бърза последователност повлияят на водата. Резултатът е уникална поредица от кухини в кухините, която създава оребрена визия.

"Ако честотата на падащите капчици е достатъчно висока, капките удрят едно и също място и създават вложени кухини", каза Спиърс. „Всяка последователна капчица образува кухина в основата на предходната кухина.“

Разграничаването на прага между висока и ниска честота е ключова част от констатациите на екипа. Спиърс казва, че никога не е имало число, което да определя този праг. Така той и екипът му разработиха едно.

"Можем да дефинираме типовете кухини въз основа на ново безразмерно число, което наричаме число на Матрьошка. Ако числото е по-малко от едно, кухината ще се срути преди следващата капчица да удари. Ако е над една, предвиждаме да видим вложени кухини. "

Изследователите казват, че тяхното проучване предлага нови приложения за ежедневието.

„Отдавна е известно, че струя течност преминава в поток от капчици само на няколко сантиметра от източника на струята“, каза съавторът и доцент на USU Тад Трускот. "Това означава, че когато обикновените ежедневни струи въздействат на воден басейн - като вода от кран в кухненска мивка или поток от урина, попадащ в тоалетна - капчичните потоци създават кухини, подобни на тези, в които изучаваме лабораторията за изпръскване. "

Разбирането на нюансите на видовете пръски може да доведе до устройства, които намаляват изпръскването и осигуряват по-чиста среда.

В промишлеността по-задълбоченото разбиране на този никога преди обяснен аспект на динамиката на течностите също може да доведе до напредък в производството на химикали и фармацевтични продукти. Спеърс казва, че констатациите са особено полезни за разработването на по-безопасни и по-ефективни процеси, при които разплитането е проблем.