Bobledynamik afslører, hvordan du tømmer flasker hurtigere

Flasketømning er et fænomen, de fleste af os har observeret, mens vi skænker en drik. Forskere fra Indian Institute of Technology Roorkee opdagede, hvordan man tømmer flasker hurtigere, som har vidtrækkende konsekvenser for mange områder ud over drikkevareindustrien.

Bobler er blevet undersøgt grundigt i århundreder, herunder tidlig indsats fra Leonardo da Vinci, som berømt bemærkede den sinusformede stigning af bobler i en pool. Vækstdynamikken af ​​bobler ved mundingen af ​​en flaske afhænger af væskens termofysiske egenskaber, flaskens geometri og dens hældningsvinkel. Disse uløseligt sammenflettede parametre har gjort flasketømningsdynamikken til den næste grænse for boblefysikere.

I denne uge Fysik af væsker , Lokesh Rohilla og Arup Kumar Das udforsker dette flasketømningsfænomen fra bobledynamikkens perspektiv på en kommerciel flaske ved at bruge højhastighedsfotografering. Billedanalyse gav dem mulighed for at konceptualisere forskellige parametre, såsom væskefilmtykkelse, boble billedformat, stigningshastighed og flasketømningstilstande.

"Bobledynamikken inde i flasken er for kompleks til at studere, så vi opdelte boblegrænsefladevæksten i forskellige stadier for at forstå dem, " sagde Rohilla.

Det er velkendt, at en flaskes tømningstid er hurtigere, hvis du øger dens hældningsvinkel. Dette øger det, der er kendt som "boble pinch off"-frekvens, og den relative stigning afhænger af væskens termofysiske egenskaber.

"Vores eksperimenter tyder på, at der er en kritisk hældningsvinkel, hvorefter enhver yderligere stigning i flaskens hældning ikke vil føre til yderligere reduktion af flasketømningstiden, " sagde Rohilla. "Dette sker på grund af mætning af tomrummet, rum optaget af luft i væskeomgivelser, ved flaskens mund med hældningsvinklen."

To forskellige flasketømningsmåder blev identificeret. I én tilstand, udledningshastigheden øges på grund af en højfrekvent afklemning af luftbobler inde i flasken. I den anden tilstand, det er forårsaget af en stigning i volumen af ​​den afklemte boble med en forholdsvis lavere frekvens.

"Vi har også observeret en indkapslet boble, mens vi udleder væske i en lodret oprejst flaske, " sagde Rohilla. "Indkapslede bobler har klemt af steder uden for flaskens mund, i strid med intuitionen. Tilstedeværelsen af ​​en voldsom ejektorstråle i inviscid væsker, hvor væske bliver tynd på grund af næsten ingen indre friktion, og dets fuldstændige fravær i viskøse væsker styrer boblernes periodicitet."

Dette arbejde beviser, at flaskegeometri og termofysiske egenskaber spiller en rolle i at reducere den tid, det tager at tømme en flaske.

"Vi kan manipulere flasketømningsmønsteret ved at manipulere flaskegeometrien, " sagde Das. "Et intuitivt produktspecifikt flaskedesign vil muliggøre bedre kontrol over dens udledningshastighed."

Drikkevareindustrien og kemiske fabrikker er blandt de applikationer, der vil drage fordel af denne bedre forståelse af flaskegeometri.