21:07 2023-03-23
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Pentru a descoperi noi legi de curgere a fluidelor, cercetătorii apelează la paiele de băut
_ Pentru a descoperi noi legi de curgere a fluidelor, cercetătorii apelează la paie de băut
O echipă de cercetători a descoperit noi legi care guvernează fluxul de fluide prin experimente pe o tehnologie veche de mii de ani: un pai de băut. Aceste cunoștințe ar putea fi utile pentru îmbunătățirea manipulării fluidelor în aplicații medicale și de inginerie.
„Am descoperit că sorbirea unui pai sfidează toate legile cunoscute anterior pentru rezistența sau frecarea curgerii. printr-o țeavă sau un tub”, explică Leif Ristroph, profesor asociat la Institutul Courant de Științe Matematice al Universității din New York și autor al studiului, care apare în Journal of Fluid Mechanics. „Acest lucru ne-a motivat să căutăm o nouă lege care ar putea funcționa pentru orice tip de fluid care se mișcă în orice fel printr-o țeavă de orice dimensiune.”
Au loc fluxuri de lichide și gaze prin țevi, țevi și conducte. în multe situații din natură și industrie — cum ar fi fluxul de sânge și în conductele de petrol.
„Problema fluxului conductei a fost întotdeauna una dintre cele mai de bază și importante în studiul mecanicii fluidelor și în multe moduri în care domeniul a fost dezvoltat pentru a aborda această problemă”, explică Ristroph, director al Laboratorului de Matematică Aplicată al NYU, unde a fost efectuată cercetarea.
Cu toate acestea, în munca lor, Ristroph și colegii săi au descoperit că toate legile cunoscute relația dintre presiune și debit au fost precise numai în anumite condiții.
Pentru a ajunge la această concluzie, au efectuat o serie de experimente - măsurători ale debitului și presiunii pentru țevi metalice de diferite lungimi și diametre folosind mai multe tipuri de lichid. . Scopul a fost acela de a determina modul în care acești factori se raportează la rezistența la frecare a fluxului care trece prin conductă.
„Datele noastre au arătat că legile celebre și clasice pentru frecarea curgerii sunt exacte doar pentru unele combinații de viteze de curgere. și dimensiunile conductelor", explică Ristroph. „Am stabilit condițiile în care legile existente nu funcționează bine și am găsit un exemplu bun chiar sub nasul nostru: a bea printr-un pai.”
Se crede că paiele de băut au fost folosite până acum. ca acum 5.500 de ani în civilizația mesopotamia timpurie a Sumeriei. Dar hidrodinamica funcționării lor nu a fost studiată anterior.
Cercetătorii și-au extins studiul pentru a include mai multe tipuri de paie – un tip de agitator de cafea subțire, un tip de sifon obișnuit și un tip de ceai cu bule late – și au a efectuat experimente pentru a determina frecarea pentru debitele tipice în timpul băuturii.
Datele privind paiele și țevile de dimensiuni similare nu se potriveau cu niciuna dintre legile cunoscute, care sunt numite după descoperitorii lor, oamenii de știință Evangelista Torricelli și Jean Léonard Marie Poiseuille, printre alții.
Cercetătorii au descoperit că fiecare lege clasică a eșuat deoarece presupune că conducta este fie foarte scurtă, fie foarte lungă și că fluxul este fie foarte lent, fie foarte rapid. Cazurile intermediare, inclusiv paiele, implică factori complicați, cum ar fi modul în care fluxul se modifică pe lungimea țevii și dacă devine neted și laminar sau aspru și turbulent.
Modelarea unor astfel de efecte a permis echipei să derivă o singură formulă matematică, iar predicțiile ei se potriveau cu măsurătorile experimentale pentru toate țevile și paiele și pentru toate fluidele și vitezele de curgere care au fost testate.
„O formulă universală ar putea fi foarte utilă, de exemplu, în înțelegerea și modelarea fluxului sanguin în sistemul circulator”, observă Ristroph. „Venele, arterele și capilarele noastre sunt în principiu conducte cu multe diametre, lungimi și debite diferite.”
Comentarii:
Adauga Comentariu