16:56 2023-01-29
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ O nouă modalitate de a identifica solicitările în fluide complexe
_ Un nou modalitate de identificare a tensiunilor în fluide complexe
Cercetătorii în dinamica fluidelor folosesc multe tehnici pentru a studia fluxurile turbulente precum curenții oceanici sau atmosfera învolburată a altor planete. Echipa lui Arezoo Adrekani a descoperit că un construct matematic utilizat în aceste domenii oferă informații valoroase despre stresul în geometriile de curgere complexe.
Ardekani, profesor de inginerie mecanică la Universitatea Purdue, studiază fluxurile complexe: din procesele de transport legate de biofarmaceutice, la comportamentul microorganismelor în jurul unei scurgeri de petrol. „Lichidele newtoniene precum apa sunt simplu de înțeles, deoarece nu au microstructură”, a spus ea. „Dar fluidele complexe au macromolecule care se întind și relaxează și care schimbă multe proprietăți ale fluidului, ceea ce duce la o dinamică a fluidelor foarte interesantă.”
Cluxurile viscoelastice apar frecvent în natură, în medii biomedicale și în aplicații industriale. —cum ar fi soluțiile utilizate în remedierea apelor subterane. „Când apele subterane devin contaminate, remediatorii folosesc anumite soluții pe bază de polimeri pentru a dispersa substanțele chimice concepute pentru a descompune contaminanții”, a spus Ardekani. „Dar ce tip de polimer ar trebui să folosească, cât și unde ar trebui să-l injecteze? Singura modalitate de a răspunde la aceste întrebări este prin înțelegerea comportamentului acestor fluxuri, care se reduce la măsurarea tensiunilor.”
În prezent, singura modalitate de a cuantifica tensiunile fluidelor polimerice este o tehnică numită birefringență, care măsoară proprietățile optice specifice ale fluidului. Dar este foarte dificil de realizat, adesea inexact și nu se aplică tuturor tipurilor de macromolecule.
Echipa lui Ardekani a descoperit o nouă tehnică. Cercetătorii au creat un cadru matematic care preia intrare de la viteza de curgere, obținută din velocimetria imaginii particulelor (o tehnică comună în dinamica fluidelor) și generează topologii de câmp de stres și întindere pentru fluide complexe. Cercetările lor au fost prezentate în Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
În velocimetria imaginii cu particule (PIV), particulele trasoare sunt injectate într-un fluid. Folosind mișcarea acelor particule, cercetătorii pot extrapola informații despre cinematica generală a fluxului. Deși acest lucru poate fi utilizat cu ușurință pentru a evalua stresul din fluidele newtoniene, echipa lui Ardekani a descoperit o corelație matematică între aceste măsurători și tensiunile din fluxurile vâscoelastice.
Totul se conectează prin ceva numit structuri coerente lagrangiene (LCS). „Structurile coerente lagrangiene sunt construcții matematice folosite pentru a prezice dinamica fluxurilor de fluide”, a spus Ardekani. „Sunt folosiți de oceanografi pentru a prezice modul în care se vor mișca curenții; biologii care urmăresc microorganismele și chiar astrofizicienii, care observă norii turbulenți din locuri precum Jupiter.”
În timp ce LCS-urile sunt adesea folosite de cercetătorii în turbulență. , nu au fost niciodată aplicate la stres polimeric până acum. „Am unit două ramuri disparate ale mecanicii continue”, a spus Ardekani. „Utilizarea întinderii lagrangiane și aplicarea acesteia la câmpurile de stres euleriene. Și acest lucru se aplică unei game largi de scale, de la mezoscală până la măsurători la scară industrială.”
Lucrul este o colaborare între Ardekani. , doctoratul ei. student Manish Kumar și Jeffrey Guasto, profesor asociat de inginerie mecanică la Universitatea Tufts. Ei și-au prezentat concluziile în noiembrie la cea de-a 75-a întâlnire anuală a Diviziei de dinamică a fluidelor APS (American Physical Society) din Indianapolis, pe care Ardekani a organizat-o în comun.
Deși cercetarea este în mare parte matematică, Ardekani este încântat să vadă cum vor folosi experimentatorii tehnica în laborator și în lumea reală. „Să folosim din nou exemplul nostru de remediere a apelor subterane”, a spus Ardekani. „Cercetătorii folosesc de obicei analiza trasorului pe fluidele injectate pentru a măsura câmpul de viteză. Dar acum, ei pot identifica și câmpurile de stres, astfel încât să poată prezice cu mai multă precizie transportul acelui fluid.”
Comentarii:
Adauga Comentariu