2019年8月5日
液体流经管道的方式可能是在流体力学最基本的挑战,无论如果石油流经管道通过动脉血液循环。
图形研究的总结。深红色箭头所示,流体流经狭窄的圆柱管移动速度不同:更快的中心管比边缘附近(泊肃叶流动)。层接触的内表面管被称为滑移层或耗尽层,并允许散装液体“滑”过去的墙更有效率。IBS团队开发的一项新技术(STED-anisotropy)在滑动层实验直接测量会发生什么,耗尽层维度的变化特征和成分作为流量的函数。仔细分析聚合物的松弛时间显示,高于临界流率、剪切力导致聚合物的伸长和对齐(与白色珠子链)沿平行于流动方向。(图片来源:IBS)
的任务是提高运输效率,减少能量的损失之间的摩擦移动液体和固定管表面。与预期相反,将少量的大,缓慢的液体聚合物,使其成为“复杂的液体,导致更有效和快速的运输。
这是推测,这一现象源于周围形成一个薄层管的内壁,称为分离层或耗尽层,聚合物浓度远远低于大部分的解决方案。
然而,考虑到这一层的自然瘦,厚度只有几个纳米,聚合物的大小,直接实验观察并不容易,因此该领域的发展是极大地依赖于计算机模拟和测量。
中心的科学家软物质和生活的基础科学研究所亚博老虎机网登录韩国(IBS),由成功的重要发展区域成像的耗尽层聚合物流过式微通道的解决方案。
他们的研究报道美国国家科学院院刊》上亚博老虎机网登录美国,依赖于一种新的超分辨率显微镜方法的出现,使科学家们观察到这一层提供无与伦比的空间分辨率。
这种现象第一次观察到近一个世纪以前。高分子量聚合物解决方案的实验研究显示混乱的观察:有一个清晰的聚合物溶液的粘度测量和它的速度流过一条狭窄的管。
聚合物溶液流的速度总是高于预期。此外,随着地铁变得狭窄,这种差异变得更大。这引起兴趣仍然是迄今为止。
耗尽层动力学是一个问题我们发现很有趣,但它是具有挑战性的和现有的实验技术取得进展。我们知道第一步需要发展一种技术,它可以提供新的信息。
约翰·t·王,研究相应的作者,柔软和生活中心,基础科学研究所亚博老虎机网登录
用他精通超分辨率显微镜,Seongjun公园,这项研究的第一作者,创建了一个新的改编的受激发射损耗(发生的)显微镜,拥有足够的对比灵敏度和空间分辨率直接看到耗尽层。
同时,Anisha释迦,该研究的作者之一,利用她的理解聚合物物理优化一个适当的成像系统。集团决定,最好的方法是应用新开发STED-anisotropy成像解决方案的高分子量聚合物,聚苯乙烯磺酸钠(PSS),流经30μm硅微流体通道的宽度。
使用荧光染料PSS的行为监测。瞬态PSS的侧链之间的相互作用和染料减缓染料分子的旋转运动。这些微小的变化,显示位置和PSS的浓度与几十个纳米的空间分辨率。
科学家首次证实形成耗尽层的墙和测量的尺寸与PSS耗尽层在协议的大小。之后,他们发现,耗尽层的厚度减少当解决方案开始流动。
迷人地,只能耗尽层维度变化开始后临界流率表示知道高分子构象的变化。这是第一次直接实验证实这种现象,从分子动力学模拟估计年前。
值得注意的是,它也注意到变化的组成耗尽层发生惊人的低流率。特别是,聚合物段从墙上拖走,离开近纯溶剂,附近没有聚合物,在墙上。这可以归因于水动力提升力量,如飞机的气动升力,由于不对称流发生在墙上。
尽管水动力提升良好的使用计算机模拟,并注意到宏观系统中(例如,越是对抗这电梯比其他动物因为他们的奉承形状),直接实验观察纳米长度尺度仍然模糊。
预计这种潜在的方法可以提供新的信息在复杂流体流在不同的系统(例如,紊流)类似于在快速流动的河流,或通过微流体设备。
来源:http://www.ibs.re.kr/en/