Usædvanlig termisk konvektion i et godt blandet væske

Forskere fra Tokyo Metropolitan University, har for nylig opdaget usædvanlig termisk konvektion i en ensartet blanding af væsker med høj og lav viskositet. Kobayashi og Kurita fandt ud af, at koncentrationsudsvingene forstærkes ved termisk konvektion, når de to væsker har en stor viskositetsforskel. Sådanne blandinger observeres allestedsnærværende i naturen, daglig liv, og fremstillingsprocesser f.eks. kappe konvektion, sirup, polymerprodukter. Disse resultater lover yderligere indsigt i ikke-ligevægtsfænomener i væskeblandinger med kontrasterende "tykkelse".

Når en væske opvarmes nedenunder, termisk konvektion er normalt drevet af en tæthedsforskel. Kobayashi og Kurita fandt ud af, at immobile områder dannes forbigående under termisk konvektion i godt blandede tokomponentvæsker med en stor viskositetsforskel. De undersøgte konvektionsmønstre og dynamik ved hjælp af flere forskellige kombinationer af væsker. De konkluderede, at viskositetsforskellen er en af ​​de vigtigste faktorer for dannelsen af ​​disse statiske regioner. Dette tyder på, at viskositetsforskellen spiller en vigtig rolle i ikke-ligevægtsfænomen i væskeblandinger, såsom i konvektionens dynamik i kappen, blandingsprocesser i polymeropløsninger, etc.

Forskningsgruppen for Kazuya U. Kobayashi (ph.d. -studerende) og Rei Kurita (lektor) har specialiseret sig i eksperimentelle undersøgelser af termisk konvektion. I 2015, de opdagede dannelsen af ​​et forbigående stillestående domæne i en gelatineopløsning nær sol-gel (væske-fast) overgangen. I dette arbejde, de identificerede den kritiske tilstand, der kræves for fænomenet ved hjælp af flere forskellige slags væske:de konkluderede, at det stillestående domæne generelt dannes, når blandingen har en stor viskositetsforskel. Prof.Kurita bemærker, at "selvom dette usædvanlige fænomen kun observeres ved termisk konvektion, viskositetsforskellen mellem komponenter bør spille en vigtig rolle i dynamikken i væskeblandinger, såsom ved kappekonvektion, blandingsprocesser, osv. "Rapporten har et stort løfte om fremskridt i vores forståelse af væskedynamik, jordvidenskab, og meteorologi.

Denne undersøgelse blev støttet af Grants-in-Aid for Scientific Research of the Japan Society for the Promotion of Science. Manuskriptet, der rapporterer dette fund, er blevet offentliggjort online i Videnskabelige rapporter .