胶，胶：气泡动力学的物理原理揭示了如何更快地清空瓶子

时间：2021-09-27 13:52:00 来源：

气泡在不同流体中的时间演变。注意每个气泡夹断后喷射器的形状。

研究人员将瓶子倒空过程中产生的有节奏的声音泡沫动态归零，以更好地理解游戏中的物理原理。

倒瓶是我们大多数人在倒饮料时观察到的现象。印度技术学院的研究人员Roorkee发现了如何更快地清空瓶子，这对饮料行业以外的许多领域都具有广泛的意义。

气泡已经被广泛研究了几个世纪，包括莱昂纳多·达·芬奇（Leonardo da Vinci）的早期研究，他著名地指出了水池中气泡的正弦上升。瓶口处气泡的生长动力学取决于流体的热物理性质，瓶的几何形状及其倾斜角度。这些不可分割的参数交织在一起，使空瓶动力学成为气泡物理学家的下一个前沿领域。

在本周的AIP Publishing的《流体物理学》中，Lokesh Rohilla和Arup Kumar Das使用高速摄影技术从商用瓶子上的气泡动力学角度探讨了这种空瓶现象。图像分析使他们能够概念化各种参数，例如液膜厚度，气泡长宽比，上升速度和瓶子排空模式。

形成包封的气泡。

Rohilla说：“瓶子内的气泡动力学太复杂而无法研究，因此我们将气泡界面生长分为不同的阶段来理解它们。”

众所周知，如果增加倾斜角度，瓶子的排空时间会更快。这会增加所谓的气泡夹断频率，而相对增量取决于流体的热物理性质。

Rohilla说：“我们的实验表明存在一个倾斜的临界角，在此之后，瓶子倾斜度的任何进一步增加都不会导致瓶子清空时间的进一步减少。”“这是由于空隙的饱和所致，在瓶子的嘴部，液体的空气被倾斜的角度所占据的空间占据了空间。”

确定了两种不同的空瓶模式。在一种模式中，由于高频夹住瓶内的气泡而提高了排放速率。在另一种模式中，这是由于夹带气泡的体积在相对较低的频率下增加所引起的。

Rohilla表示：“在将液体倒入垂直倒置的瓶子中时，我们还观察到了气泡的包裹。”与直觉相反，封装的气泡夹住了瓶口之外的位置。在不粘流体中存在猛烈的喷射流，由于几乎没有内部摩擦，液体变稀，而在粘性流体中完全不存在则控制了气泡的周期性。

这项工作证明了瓶子的几何形状和热物理性质在减少倒空瓶子所需的时间中发挥了作用。

Das说：“我们可以通过操纵瓶子的几何形状来操纵瓶子的排放方式。”“直观的产品专用瓶设计将能够更好地控制其排放速率。”

饮料行业和化工厂将受益于对瓶几何形状的这种更好的理解。

参考：Lokesh Rohilla和Arup Kumar Das撰写的“在破坏和制作相互作用的界面时清空瓶子中的流体”，2020年4月7日，流体物理学。DOI：
10.1063/5.0002249

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