2018-11-08 15:18:20 来源：sciencedaily
粘弹性流体无处不在，无论是通过您的静脉还是穿越阿拉斯加输油管道的1300公里管道。与牛顿流体(如油或水)不同，粘弹性流体像唾液的粘性链一样伸展。流体内的分子链赋予它们超级大国，科学家们仍在努力了解它如何影响他们的行为。冲绳科学技术研究生院(OIST)的研究人员通过展示粘弹性流体如何在波浪状表面上流动，使我们向前迈进了一步，结果出人意料。“对我而言，这不是直观的，我已经使用这些液体近20年了，”微生物/纳米流体单元组长兼该研究的第一作者Simon Haward说。该论文于2018年11月5日发表在“流体物理学”上，是三项研究中的第三篇，将粘弹性流体的新理论付诸实践。
一种惊人的消失行为
当水流过光滑的管子时，它的运动始终是均匀的。但是，当水与波浪状表面接触时，它会像海浪上的潮水一样破碎。水对破碎波的每个峰和谷作出反应，被抛入漩涡状漩涡中，称为漩涡。被称为涡度的旋转运动在波状壁附近最明显，并且在可计算的距离处消散。科学家目睹了这种情况在水和其他牛顿流体中无数次展开。但在此之前，类似的实验从未在粘弹性流体中进行过，预计粘弹性流体的表现会有很大不同。OIST的研究人员着手填补文献中的这一空白。
最近的理论研究表明，波浪使粘弹性流体像牛顿流体一样旋转，但有一个关键的区别。虽然牛顿流体中引起的旋涡运动随着距离而衰减，但粘弹性流体中的涡旋实际上可以在特定距离处被放大。这个放大作用区域在理论上被称为“关键层”，但尚未通过实验观察到。“这个关键层的位置取决于流体的弹性，”哈沃德说。他说，流体含有的分子链或聚合物越多，它就变得越有弹性。流体越有弹性，临界层离波形壁越远。当流体如此有弹性，临界层如此遥远，以及靠近墙壁的螺旋形涡流不再受其影响时，就会出现这种情况。“通常，我们认为如果液体更具粘弹性，你会看到更多奇怪的效果，”哈沃德说。“但在这种情况下，当流体具有高弹性时，可观察到的效果就会消失。”
填补知识方面的重大空白
在过去的研究中，Micro / Bio / Nanofluidics Unit设计了实验和专用设备来捕捉这些关键层。他们的努力导致了这一现象的第一个实验证据。现在，研究人员已经构建了一个详细的图表，描述了当通道加宽，波长延长或流体流速增加时临界层如何移动。“这是令人惊讶的，因为这个理论似乎违反直觉，但我们的实验结果与理论预测完全相同，”哈弗说。“基本上，我们的实验充分证实了这一理论。”综合研究为粘弹性流体的未来研究奠定了坚实的起点。这些弹性流体的基本特性对石油工业，医药和生物技术具有直接影响，并有助于塑造我们周围的世界。通过这项研究，科学家现在可以开始将关键层纳入他们的计算中，这可能有助于改善应用或在他们的研究中找到粘弹性流体的新途径。
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