发汩汩声发汩汩声-气泡动力学的物理学揭示了如何更快地倒空瓶子

时间:2020-04-15 23:37 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

发汩汩声发汩汩声-气泡动力学的物理学揭示了如何更快地倒空瓶子

研究人员将注意力集中在瓶子倒空过程中产生的有节奏的气泡声动力学上,以更好地理解其中的物理原理。

几个世纪以来,人们对气泡进行了广泛的研究,包括列奥纳多·达·芬奇(Leonardo da Vinci)早期的研究成果。达·芬奇有一个著名的发现,即泳池内气泡呈正弦状上升。瓶口气泡的生长动态取决于液体的热物理性质、瓶体几何形状及其倾角。这些不可避免地交织在一起的参数使得空瓶动力学成为气泡物理学家的下一个前沿。

在这周的《流体物理学》杂志中,来自AIP出版社的Lokesh Rohilla和Arup Kumar Das通过高速摄影从商业瓶上的气泡动力学角度探索了这种空瓶现象。图像分析使他们能够概念化各种参数,如液膜厚度、气泡长径比、上升速度和瓶子排空模式。

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由于瓶内气泡动力学非常复杂,难以研究,因此我们将气泡界面的生长分为不同的阶段来理解。Rohilla说。

众所周知,如果你增加瓶子的倾斜角,瓶子倒空的时间会更快。这就增加了所谓的气泡收缩频率,其相对增量取决于流体的热物理性质。

我们的实验表明,存在一个临界倾斜角,在此之后,即使倾斜角进一步增大,也不会导致倒瓶时间进一步缩短。Rohilla说。这是由于瓶口处的空隙饱和引起的,即液体周围的空气所占的空间与瓶口的倾斜角相等。

确定了两种不同的倒瓶模式。在一种模式下,由于高频捏除瓶内气泡,排放速率增加。在另一种模式中,它是由于被挤压的气泡体积在相对较低的频率下增大而引起的。

我们还观察到,在一个垂直倒立的瓶子里放液体时,有一个胶囊状的气泡。Rohilla说。与直觉相反,封装的气泡会掐掉瓶口以外的地方。在无粘性流体中存在强烈的喷射器射流,由于几乎没有内摩擦,液体变薄,而在粘性流体中完全不存在喷射器射流,这就控制了气泡的周期性。

这项工作证明了瓶子的几何形状和热物理性质在缩短空瓶时间方面发挥了作用。

我们可以通过控制瓶子的几何形状来控制瓶子的放电模式。达斯说。直观的产品专用瓶设计将使其排放率更好的控制。

饮料工业和化工厂等应用程序将受益于这种更好的理解瓶几何形状。

说明:在破碎和制作相互作用的界面时,倒空瓶中的液体;作者Lokesh Rohilla和Arup Kumar Das, 2020年4月7日,流体物理学。

DOI: 10.1063/5.0002249

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