Энергетика, природные ресурсы, инженерные системы

Информационный портал ТЕПЛОКАРТА
  • Главная
    • Главная

      • Твердотопливные котлы и печи, камины
      • Системы отопления и охлаждения
      • Альтернативная энергия
      • Водоснабжение и водоотведение
      • Вентиляция и кондиционирование
      • Оборудование и материалы
      • Энергоэффективность и энергосбережение
      • Природные ресурсы, экология и строительство
      • Ядерная энергетика
      • Новости, обзоры, события
      • Исследования
  • Указатель терминов
  • Облако тегов
  • О портале
    • О портале

      • Разместить статью
Капли меда на гидрофобной поверхности. Предоставлено: Aalto University
Капли меда на гидрофобной поверхности. Предоставлено: Aalto University

Ускорение течения вязких жидкостей с помощью супергидрофобных покрытий

Исследования

Опубликовано: 30.11.2020

Обновлено: 30.11.2020

 554

«Было обнаружено, что, когда капля ограничена герметичным супергидрофобным капилляром, воздушный зазор вокруг капли оказывается большим для более вязких жидкостей». «Этот больший воздушный зазор позволяет более вязким жидкостям перемещаться по трубке быстрее, чем менее вязким, когда они находятся под действием силы тяжести»

Вязкость η - это мера текучести жидкой или газообразной среды, характеризующая силу сопротивления ее течению, возникающую под действием внешнего воздействия или разности давления ΔP. Вязкость ограничивает поток жидкости и массоперенос на всех материальных масштабируемых уровнях. Она проявляет себя повсеместно, от промышленных процессов до биологических циркуляционных структур.

Часто возникает необходимость, чтобы жидкость текла быстрее без приложения к ней дополнительных усилий. В простой модели объемный расход Q жидкой или газообразной среды внутри трубы, будь то кровеносный сосуд или микрожидкостное устройство, пропорционален ΔP / η в ламинарном режиме.

Уменьшению расхода жидкости из-за ее повышенной вязкости можно противодействовать, увеличивая разность давления, но только в ограниченной степени, так как при этом увеличивается механическая нагрузку на стенку трубы. Таким образом, поиск способов ускорения течения вязких жидкостей без необходимости увеличения движущей силы представляет собой значительный технологический интерес.

Одним из широко изученных подходов для достижения таких целей является использование супергидрофобных покрытий. Супергидрофобное покрытие может создавать метастабильный воздушный слой, пластрон, между твердой стенкой и жидкой фазой (состояние Кэсси-Бакстера). Наличие пластрона уменьшает площадь контакта твердого тела с жидкостью, приводя к большим углам смачивания и уменьшению сил трения.

Физики из Финляндии были удивлены, обнаружив, что в узких трубках, покрытых гидрофобными составами, более вязкая жидкость течет быстрее, чем менее вязкая. Фактически в своей статье, опубликованной в журнале Science Advances [1], они сообщают, что глицерин, который в тысячу раз более вязкий, чем вода, в такой трубе течет в 10 раз быстрее.

К этому стоит отнестись более серьезно, чем к просто забавному физическому факту. Скорость, с которой текучие среды протекают по трубам, важна для множества областей использования.

«Супергидрофобное покрытие состоит из крошечных бугорков, которые задерживают воздух на его поверхности, так что капля жидкости, которая лежит на ней, находится, как будто на воздушной подушке».

«Сами по себе супергидрофобные покрытия не ускоряют поток более вязких жидкостей». Если поместить каплю меда и каплю воды на такую поверхность, а затем наклонить ее, чтобы сила тяжести сделала свое дело, вода с низкой вязкостью потечет быстрее.

Однако, когда капля попадает в одну из очень узких трубок, используемых в микрогидродинамике, все кардинально меняется. Супергидрофобное покрытие создает небольшой воздушный зазор между внутренней стенкой пробирки и внешней стороной капли.

«Было обнаружено, что, когда капля ограничена герметичным супергидрофобным капилляром, воздушный зазор вокруг капли оказывается большим для более вязких жидкостей». «Этот больший воздушный зазор позволяет более вязким жидкостям перемещаться по трубке быстрее, чем менее вязким, когда они находятся под действием силы тяжести».

Значимость открытия заключается в том, что менее вязкие жидкости оказались способны частично проникать в воздушную прослойку, окружающую капли, создавая более тонкий воздушный зазор вокруг них.

«Это означает, что воздух под каплей с низкой вязкостью в трубке не может уйти с ее пути так же быстро, как в случае с более вязкой каплей, имеющей более крупный воздушный зазор». «Из-за того, что мимо капель с низкой вязкостью может протиснуться меньше воздуха, они вынуждены двигаться по трубке с меньшей скоростью, чем их более вязкие аналоги».

В рамках своей работы исследователи разработали гидродинамическую модель, которую, по их словам, можно использовать для прогнозирования движения капель в трубках, покрытых различными супергидрофобными покрытиями. Они предполагают, что данное открытие предоставит дополнительные возможности для развития микрогидродинамики, технологий химической инженерии, используемых для точного контроля течения жидкостей в небольших количествах, а также в производстве сложных химикатов.

 

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1126/sciadv.aba5197

 

Источник: Cosmos

0.00%
0 0
 Теги:

Публикации на похожую тему:

Нерушимый волновод из плазмы ограничивает размеры лазерного импульса. Предоставлено: Intense Laser-Matter Interactions Lab, University of Maryland

Плазменные волноводы фокусируют мощный лазер в узкий луч

Обновлено: 06.04.2022
 765
Фото: Микробный топливный элемент. OIST

Генерация электричества микроорганизмами из отходов

Обновлено: 07.01.2022
 1453
Фото: Теплоэлектростанция. Jwvein, Pixabay

Улавливание и хранение углерода при производстве электроэнергии

Обновлено: 05.06.2020
 1006

Комментарии ()

    Написать комментарий

    Недавние публикации

    Фото: BBQ Gourmet

    Инфракрасные горелки в газовых грилях: типы, преимущества, уход

    Обновлено: 15.02.2023  260
    Звуковые эффекты в зданиях напрямую зависят от материалов, из которых сделаны потолки, стены, двери и другие ограждающие конструкции. Фото: Rockfon

    Звукопоглощение, звукоизоляция и фоновый шум в зданиях

    Обновлено: 26.07.2022  731
    Тепло выделяется из оксида марганца, когда молекулы воды поглощаются слоистой структурой. Ⓒ Norihiko L. Okamoto

    Вода усиливает способность материала поглощать и отдавать тепло

    Обновлено: 21.04.2022  711

    Популярные категории

    • Ядерная энергетика6
    • Исследования40
    • Твердотопливные котлы и печи, камины34
    • Системы отопления и охлаждения55
    • Водоснабжение и водоотведение23

    Разместить статью

    Портал TEPLOKARTA.RU доступен в Google Play

    Ссылки:

    • Контакты
    • Разместить статью
    • Конфиденциальность
    VK Telegram

    © 2023 Россия. Копировать без ссылки запрещено.  TEPLOKARTA.RU

    Отправить сообщение об ошибке?

    Ошибка:
    Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.