En son keşif: Sıvı sabit sınırla temas ettiğinde kayacak ve kabarcıklar akışı takip edecek!
Tokyo Üniversitesi Endüstri Bilimleri Enstitüsü'ndeki bilim adamları, borulardan geçen sıvıların davranışını simüle etmek için karmaşık bir fiziksel model kullanıyor. Kesme kaynaklı kabarcık oluşumu olasılığını inceleyerek, önceki birçok araştırma hipotezinin aksine, sıvının sabit bir sınırla temas ettiğinde önemli kayma yaşayacağı bulunmuştur. Bu araştırma, doğal gaz ve petrol tedarikçileri gibi birçok endüstriyel uygulamada önemli bir konu olan sıvıları pompalarken enerji kaybını azaltmaya yardımcı olabilir. Akışkanlar dinamiği, fizikteki en zorlu alanlardan biridir.
Güçlü bilgisayarlar ve basitleştirilmiş varsayımların kullanılmasıyla bile, sıvı akışının doğru simülasyonu herkesin bildiği gibi zordur. Araştırmacıların, boru hatlarından akan petrol gibi gerçek dünya uygulamalarındaki akışkanların davranışını genellikle tahmin etmeleri gerekir. Sorunu daha basit hale getirmek için, olağan uygulama, akışkan ile katı sınır arasındaki arayüzde (bu durumda, boru duvarı) akışkanın akarken kaymayacağını varsaymaktır. Bununla birlikte, bu kısayolu destekleyecek bir kanıt yok. Güncel araştırmalar, belirli koşullar altında kaymanın meydana gelebileceğini, ancak fiziksel mekanizmanın bir sır olarak kaldığını göstermektedir.
Şimdi, su kaymasının kaynağını daha kesin olarak anlamak için Tokyo Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, çözünmüş gazın borunun iç yüzeyinde kabarcıklara dönüşme olasılığını içeren gelişmiş bir matematiksel model oluşturdu. Sıvı akışının kaymaz sınır koşulu, akışkanlar mekaniğindeki en temel varsayımlardan biridir, ancak bu durumun katı bir fiziksel temeli yoktur ve kabarcıkların etkisini göz ardı eder. Bunu yapmak için araştırmacılar, sıvı akışını yöneten temel yasa olan Navier-Stokes denklemini, sıvıdan gaza geçiş gibi faz geçişlerini tanımlayan Ginzburg-Landau teorisi ile birleştirdiler.
Simülasyon sonuçları, akış kaymasının boru duvarında oluşan küçük kabarcıklardan kaynaklanabileceğini göstermektedir. Bu kabarcıklar, sıvıdaki kesme kuvveti tarafından oluşturulur ve hala çok küçük oldukları için gerçek hayatta genellikle bulunmazlar. Kıdemli yazar Hajime Tanaka (Hajime Tanaka) şunları söyledi: Viskozite değişikliğine eşlik eden yoğunluk değişikliğinin sistemin kararlılığını bozabileceğini ve kabarcık oluşumuna yol açabileceğini bulduk. Kesme kaynaklı gaz fazı oluşumu, akış kayması için doğal bir fiziksel açıklama sağlar ve araştırma sonuçları "Science Advances" dergisinde yayınlanır.
Araştırma sonuçları, yakıt ve yağlayıcılar gibi viskoz sıvıları daha az enerji kaybıyla taşımak için yeni boru hatları tasarlamaya yardımcı olabilir. Viskoz sıvılar genellikle katı duvarlarda akış kayması sergiler Akış kaymasının meydana gelmesi, birçok uygulamada kritik olan sıvı taşınması ve enerji dağıtımı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Kaymanın dağılmayı azaltması doğaldır. Bununla birlikte, duvarın varlığının yoğunluk dalgalanmalarını nasıl etkilediği ve bir gaz tabakasının oluşumuyla kaymanın nasıl meydana geldiği hala belirsizdir.
Çalışma, şu temel sorulara olası cevapları bildirdi: Statik durumda bile, duvarın doğasından bağımsız olarak, duvarın yakınında yoğunluk dalgalanmaları doğası gereği artar ve sistemi kayma akışı altında yapan viskozitenin yoğunluğa bağlılığıdır. Gaz tabakası oluşumuna kararsız. Kesme kaynaklı gaz fazı oluşum şeması, mikro (nanometre) ile makro (mikrometre) ölçeğe kadar kayma uzunluğunu kapsayan sıvı akışının duvar kayması için doğal bir fiziksel açıklama sağlar.
Brocade | Araştırma / Gönderen: Tokyo Üniversitesi
Referans dergisi "Science Progress"
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim
Takip edin Bokeyuan Daha fazlasını görün Damei Universe Science
