Opdagelse af ny vanddråbes adfærd kan skabe mere energieffektiv spraytørring af produkter

Selv i det antikke Grækenland, filosofen Aristoteles forsøgte at opsummere alle de måder, vand kan opføre sig på. Nu, omkring 2, 400 år senere, to videnskabsfolk fra Imperial College London, ved hjælp af laser-flash fotografering af mikroskopiske dråbe-partikel kollisioner, har opdaget, at vanddråber stadig har flydende tricks at afsløre.

"Vi har identificeret en sprøjtende adfærd, som ingen har set før, "sagde Yannis Hardalupas, en af ​​forfatterne til denne nye forskning, der fremgår af en forsideartikel i denne uge i tidsskriftet Væskers fysik .

Tidligere forskning har primært undersøgt dråbe -kollisioner med flade overflader, såsom en væg. Dette frembragte en taksonomi af dråbeadfærd, fra "prompt splash" (svarende til en folkelig "splat") til den fantastiske "crown splash."

Hardalupas og kollega Georgios Charalampous undersøgte det mindre undersøgte tilfælde af en dråbe, der havde en frontal kollision med et fast stof, sfærisk partikel. Dråberne var omkring en femtedel af en millimeter i diameter, lidt bredere end et menneskehår, og ramte partikler to til 10 gange større.

Deres nanosekund-hurtige digitale øjebliksbilleder afslørede, at nogle dråber ved påvirkning omfavnede partiklen i Saturn-lignende ringe, eller "kroner, "og fortsatte derefter intakt til den anden ende af partiklen.

"Det kritiske er, at kronen forbliver sammenhængende; den bryder ikke op, som du ville forvente. Kronen hænger sammen, indtil den kommer tilbage til partiklen, "Charalampous sagde om det, de har kaldt en" overgang "-kollision." For den samme størrelse af dråber og den samme størrelse af partikler, når kollisionen sker med samme hastighed, det opfører sig altid på samme måde. "

Forskerne fangede den nye dråbeadfærd ved hjælp af et højteknologisk fotoshoot. Dette involverede ækvivalent med en mikrohane med destilleret vand, der brugte vibrationer til at dryppe med en bestemt hastighed og dråbestørrelse. Dråberne faldt på en perfekt justeret lille glaspartikel oven på en stålnål. Kollisionsdynamikken blev registreret i fryseramme-billeder ved hjælp af et mikroskopmonteret kamera og en laserinduceret fluorescensblitz med eksponeringer på et par milliarddeler af et sekund.

"Vi kunne ikke observere afklemningen på grund af støttenålen, men vi forventer, at dråben i sidste ende ville knibe af og reformere, fordi den bevæger sig hurtigt nok til at gøre det, "Sagde Hardalupas.

Overløbsdråbeadfærden opstår på et "sødt sted" i kollisioner med de mindre partikler, hvor kronen holder sammen længe nok, før ustabilitet når at udvikle sig og rive den fra hinanden, ifølge Charalampous.

Væskedynamikken ved dråbe-partikelkollisioner er afgørende for industriel spraytørring, hvor en opslæmning atomiseres til dråber, der tørres til fremstilling af et pulver med korn i standardstørrelse. I dette studie, størrelsen og hastigheden af ​​de anvendte dråber lignede dråbestørrelsen fra en forstøver, en størrelse, der er karakteristisk for vaskemidler eller partikler til instant kaffe.

Ved en overkørselskollision, siger forskerne, det kritiske aspekt er, at noget af væsken, og dens indhold, bliver på partiklen for at belægge og forstørre den, oplysninger, der kan give mere effektiv spraytørring.

"Vi har identificeret en række driftsbetingelser, der omfatter dråbernes hastighed og diameter, hvilket vil give dig bedre væskeaflejring på overfladen, og dette giver retningslinjer for, hvordan det er bedst at betjene sprøjtetørrere, "Sagde Hardalupas.