粘彈性流體無處不在，無論是通過你的靜脈，還是通過阿拉斯加石油管道的1300公里長的管道。與牛頓流體(如油或水)不同，粘彈性流體像唾液的粘性鏈一樣伸展。流體中的分子鏈賦予它們超能力，科學家們仍在努力了解它如何影響它們的行為。沖繩科學技術研究生院(OIST)的研究人員通過展示粘彈性流體如何在波狀表面上流動，讓我們向前邁進了一步，結果出乎意料?！皩ξ襾碚f，這不是直覺。我已經(jīng)使用這些液體將近20年了，”微生物學/納米流體部門的負責人、這項研究的第一作者西蒙哈沃德說。本文于2018年11月5日發(fā)表在《流體物理學》上，這是三項研究中的第三項，將粘彈性流體的新理論付諸實踐。
驚人的消失。
當水流過光滑的管道時，它的運動總是均勻的。然而，當水接觸到波浪表面時，它會像波浪上的潮汐一樣破裂。水對破碎波的每一個波峰和波谷都有反應，并被拋入漩渦中，這被稱為漩渦。被稱為渦度的旋轉運動在波狀壁附近最為明顯，并在可計算的距離處消散。科學家們已經(jīng)在水和其他牛頓流體中無數(shù)次目睹了這種情況。但在此之前，從未在粘彈性流體中進行過類似的實驗，預計粘彈性流體的性能會有很大的不同。OIST的研究人員著手填補文獻中的這一空白。
最近的理論研究表明，波浪使粘彈性流體像牛頓流體一樣旋轉，但有一個關鍵的區(qū)別。雖然牛頓流體中誘導的渦旋運動隨距離衰減，但粘彈性流體中的渦旋實際上可以在特定距離處被放大。這個放大區(qū)域理論上稱為“關鍵層”，但還沒有通過實驗觀察到?！斑@個關鍵層的位置取決于流體的彈性，”霍華德說。他說，一種流體包含的分子鏈或聚合物越多，它就變得越有彈性。流體的彈性越大，臨界層離波形壁越遠。當流體彈性如此之大，臨界層如此之遠，壁面附近的螺旋渦不再受其影響時，就會出現(xiàn)這種情況。“一般來說，我們認為如果液體的粘彈性更強，你會看到更多奇怪的效果，”霍華德說。"但在這種情況下，當流體具有高彈性時，可觀察到的效應將消失."
填補知識上的重大空白。
在過去的研究中，微/生物/納米流體單元設計了實驗和特殊設備來捕獲這些關鍵層。他們的努力導致了這一現(xiàn)象的第一個實驗證據(jù)?，F(xiàn)在，研究人員已經(jīng)構建了一個詳細的圖表，描述了當通道變寬、波長延長或流體速度增加時，臨界層是如何移動的。哈瓦爾說：“這令人驚訝，因為這個理論似乎違反直覺，但我們的實驗結果與理論預測完全相同?！盎旧?，我們的實驗完全證實了這個理論?！本C合研究為粘彈性流體的未來研究奠定了堅實的起點。這些彈性流體的基本特性對石油工業(yè)、醫(yī)學和生物技術有直接影響，并有助于塑造我們周圍的世界。通過這項研究，科學家現(xiàn)在可以開始在他們的計算中包括關鍵層，這可能有助于改進粘彈性流體在他們研究中的應用或找到新的方法。
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