Физику жидкостей объяснили спустя почти 100 лет после открытия

Санг Хван Чжанг — поклонник Джона Уильяма Стратта, третьего, также известного как лорд Бэрон Рэлей или Рэйли.

Английский физик Рэлей совместно с Уильямом Рэмси открыли газообразный аргон, за что впоследствии были удостоены Нобелевской премии по физике в 1904 году.

В 1878 году Рэлей сделал менее известное открытие, которое заинтриговало Чжанга. Примерно 135 лет назад Рэлей написал, что два потока или две капли жидкости не всегда сливаются в единое жидкое тело. Спорная тема эта до сих пор в физике была изучена недостаточно, отметил ассистент-профессор Чжанг из Политехнического университета Вирджинии.

Значимость этого факта сегодня заключается в том, что когда между двумя жидкостями имеется несводимость, она может повлиять на множество промышленных и каждодневных процессов, таких как топливная эффективность, струйная печать и разработка покрытий, наносимых распылением.

Новые данные относительного описания Рэлеем коллизии жидкостей появились в современной статье, принятой для публикации в издании Physical Review Letters.

«В своей оригинальной статье Рэлей упоминал две вещи: отскакивание капель от жидкости и отскакивание потоков. Не было дано никаких иллюстраций. По теме отскакивания капель было проведено много работы, но вот по теме отскакивания потоков информации мало, за исключением нескольких демонстраций в учебниках. Мы впервые рационализировали физический механизм подпрыгивания потоков», пояснил Чжанг.

В рамках исследования ученые проанализировали, как два потока силиконового масла отталкиваются друг от друга после столкновения. Силиконовое масло используется в большинстве экспериментов для исключения загрязнения поверхности, отметил Чжанг, а еще на его основе производятся гидравлические жидкости или смазки.

„Интуиция подсказывает нам, что две и более струи жидкости, наталкивающиеся друг на друга, объединятся и сформируют единую струю жидкости“, заявил Чжанг.

Ключевой в данном случае является скорость тока жидкости. Две струи несут с собой воздух, который действует как подушка, и на определенной скорости они отталкиваются друг от друга. Но если скорость слишком велика, выше определенного порога, воздушная подушка из-за их высокой инерции не стабильна, и два потока непременно соединятся.

Чтобы добиться топливной эффективности в космических ракетах, две струи должны хорошо смешиваться, чтобы максимизировать процесс сгорания.

„В наших экспериментах мы показали, что струи способны отпрыгивать друг от друга и не смешиваться. Однако в топливных баках ракеты струи топлива выходят из сопел на весьма высокой скорости, а потому в этом случае отскакивания не наблюдается“, заключил Чжанг.

25.03.2013