用超高速相机捕捉到了两滴水珠结合的瞬间

涨知识 老郝 来源:sciencealert 343浏览 0评论

科学家们用超高速相机捕捉到了液滴结合在一起的瞬间,从而让我们得以一瞥流体动力学那独特、超越自然、人类肉眼难以企及的世界。

一台涉及两个同步高速相机的实验装置,一个从侧面拍摄,另一个从上方拍摄(由在玻璃载玻片下倾斜的镜子提供视角),研究人员可以记录两滴独立液珠的相互作用。为了便于观察,其中一滴被染成蓝色。

牛津大学流体力学研究员阿方索·卡斯特雷洪-皮塔(AlfonsoCastrejón-Pita)说:“在过去,如果有两滴液体撞击在一起,我们无法知道,它们是直接混合在一起,还是一个液滴冲击到另一个的内部。最新的实验从不同的角度记录液滴的相互作用,最终将完全解答这一问题。”

在视频素材中,您可以看到蓝色水滴制造出持续时间不足15毫秒(千分之一秒)的表面射流。利兹大学的第一作者托马斯·塞克斯(Thomas C. Sykes)领导的团队解释说:“鉴于具有相同表面张力的液滴之间有足够的横向间隔,因此在聚结的液滴顶部出现可被识别的表面射流。图像处理表明,这种喷射效应是冲击惯性和不动的接触线引起的表面流动的结果。”

但是,两滴水并不总是以完全相同的方式合二为一。根据对表面张力的控制,在这种情况下产生的表面射流可以得到增强或抑制。这是所谓的马兰戈尼效应的一个示例,这一效应会影响质量在两种流体界面之间的传递。

除美丽的视觉效果外,加深对流体动力学特性的理解还可以引领3D打印技术的进步——帮助我们了解两滴球形化学试剂被打印机并排滴落时会如何反应。

当然,为了完成图像捕捉,需要高速相机每秒拍摄25000帧。

利兹大学的机械工程师马克·威尔逊(Mark Wilson)解释说:“成像技术的进步为观察液滴特性打开了一个新的窗口。我们能够窥见液滴内部的流体运动,同时以足够的速度成像完成动态捕捉。”

该发现刊登在《物理评论·流体》中。

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