研究人员解决的神秘的气泡在液体中是如何形成的



气泡在液体中形成似乎非常相似,其逆过程,从,比如说,一个滴水水龙头液滴的形成。但涉及到的物理实际上是相当不同的,而那些水滴在它们的尺寸和间隔均匀的,气泡形成通常是一个更加随机过程。

现在,研究人员在澳门太阳城官网(备用网站)和普林斯顿大学的研究表明,在某些条件下,气泡也被诱导以形成球体作为作为液滴完全匹配。

研究人员说,新发现可能有微流体装置的生物医学研究和了解天然气在地下岩层的微小孔隙石油交互的方式发展的影响。结果今天发表在杂志 PNAS在澳门太阳城官网(备用网站)毕业的阿米尔pahlavan博士'18,教授霍华德·普林斯顿的石头纸,澳门太阳城官网(备用网站)的教学创新加雷思·麦金利的工程学教授和澳门太阳城官网(备用网站)教授鲁本·璜斯的学校。

的关键制造均匀大小和间隔泡沫在于他们限制在一个狭窄的空间,璜斯解释。当空气或气体被释放到液体的大容器,气泡的分散是漫无。当释放到了在一个相对窄的管密闭的液体,然而,气体将产生在尺寸完全匹配气泡流,并以均匀的间隔形成。此均匀和可预测的行为,独立的具体的起始条件,被称为普遍性。

形成液滴或气泡的过程中是非常相似的,与流动的材料的伸长率(无论是空气或水),并开始最终的“颈”连接液滴或气泡流动材料的变薄和夹断。然后该夹断允许液滴或气泡塌陷成球形。图片吹肥皂泡:你通过环吹,肥皂膜的管逐渐在长袋向外延伸夹断,以形成圆形气泡漂浮离开之前。

在气泡颈部附近的微泡的运动。这里的微泡用作示出的流动方向的示踪剂。

“从水龙头滴淋漓的过程被称为是通用的,说:”华内斯,谁拥有土木与环境工程和地球,大气与行星科学的系共同聘任。如果滴落的液体具有不同的粘度或表面张力,或者如果水龙头的开口是不同的尺寸,“没关系。你可以找到的关系,使您能够确定的主曲线或用于描述过程的高手行为,”他说。

但是,当涉及到什么是,从某种意义上说,相反的过程,以一个滴水的龙头 - 空气通过开口进入一个大水箱的液体喷射诸如按摩浴缸 - 该过程是不是普遍的。 “所以,如果你有孔不规则,或者如果孔是更大或更小,或者如果你有一些脉动注入,所有这一切将导致泡沫的不同截止,”华内斯说。

新的实验包括气体渗透到粘性液体,例如油。在非限制的空间,气泡的大小是不可预测的,但情况改变时,他们气泡成液体在管代替。到某一点时,该管的大小和形状也没有关系,也没有孔的气体来通过的特性。代替气泡,像从水龙头液滴,均匀大小和间隔。

去湿轮缘和在毛细管中的气泡的最终破裂的演化。研究人员礼貌

pahlavan说,“我们的工作实际上是两个令人吃惊的观察的故事;第一个令人惊讶的观察来了大约15年前,当另一组调查形成的大型液体储罐气泡观察到夹断过程非普适性”,并取决于实验装置的细节。 “第二个惊喜,现在出自于我们的工作,这表明围毛细管内的气泡使得夹断不敏感的实验,因此通用和细节。”

这个观察是“令人惊讶”,他说,因为直觉也许看起来气泡能够通过液体自由移动,将少受他们比那些包围了初始条件。但相反的竟然是真实的。事实证明,在管和成形泡沫之间的相互作用,作为线的空气和沿着所述管的内部的液体的进步之间的接触,发挥重要的作用。这个“有效擦除系统的存储器的初始条件的细节,并且因此恢复到普遍性的气泡的夹断,”他说。

而这样的研究可能看起来深奥,它的发现有各种各样的实用设置潜在的应用,pahlavan说。 “控制一代滴和气泡在微流体非常理想,在考虑多种应用。几个例子是喷墨印刷,医疗成像,并使颗粒材料“。

新的认识,也对一些自然过程重要。 “地球物理应用中,我们经常可以看到一些非常紧张和密闭空间内流体流动,”他说。流体和周围的晶粒之间这些相互作用常常被忽视在分析这样的处理。但这样的地质系统的行为往往是由在晶化,这意味着这项工作做的那种微观分析可以有助于理解甚至这样的规模非常大的情况下,过程决定。

在这样的地质构造形成气泡可以是福还是祸,根据上下文,璜斯说,但无论哪种方式,了解这一点很重要。固碳,例如,希望是泵二氧化碳,从电厂排放分离出,进深地层,以防止气体从失控到大气中。在这种情况下,在岩石细小孔隙气泡的形成是有利的,因为气泡趋向于阻塞流动和保持气体锚定在位置中,防止它泄漏回来。

但是由于同样的原因,在天然气井的气泡形成可以是一个问题,因为它也可以阻止流动,抑制以提取所需的天然气的能力。 “它可以在孔隙空间被固定,”他说。 “它会采取更大的压力,能够以移动的泡沫。”

“这是一个非常好的和精心作品的,说:”延斯·埃格斯,在英国布里斯托尔大学应用​​数学教授,在英国,谁没有参与这项研究。 “几乎不用说,本文的成功很大一部分是,它是通过仔细和定量实验支持。”

这些调查结果,他说,反映了这一事实,“有很多更复杂

像比以前认为的夹断的问题。”埃格斯补充说,“当然,理解这种复杂性是为应用程序,其中一个没有选择要挑问题的一个特别简单的部分是至关重要的,但面对所有的并发症“。