Forskere fanger optagelser af væske, der opfører sig som et fast stof

Swansea University forskere fra College of Engineering har fanget de øjeblikke, hvor en væske reagerer som et fast stof gennem en ny metode til væskeobservation under trykforhold.

Forskningen kommer fra Complex Flow Lab, baseret på Institut for Innovative Materialer, Processing and Numerical Technologies (IMPACT). Laboratoriet undersøger de indviklede strømningsmønstre, der ofte udvikler sig i granulerede materialer, porøse medier, og komplekse væsker såsom skum, geler og pastaer.

Denne seneste undersøgelse ser på væsker, der har en faststoflignende reaktion på stress, et fænomen kaldet Discontinuous Shear Thickening (DST). Dette er, når væske (i dette tilfælde, en majsstivelsesblanding) tykner pludseligt og bliver fast, når den forstyrres.

Testene involverede en ny metode til observation, der involverede et højhastighedskamera med resultater, der tilbyder en innovativ tilgang til fremtidig ingeniørpraksis.

Forskningsforfatter Dr. Deren Ozturk, der for nylig afsluttede sin ph.d. i dette område, kommentarer:

"Vores fund er af særlig interesse for det spirende forskningsfelt inden for sommertiden, da det er en ny visuel indikation af sommertidens adfærd, der kan bruges til at kalibrere fremtidige teoretiske modeller. DST -fænomenet undersøges for unikke tekniske applikationer såsom blød kropsrustning, "smarte" fartbump, og fødevareproduktion.

Forskergruppen brugte almindelig køkkenmajsstivelse blandet med vand. Dette placeres så i en smal celle; trykluft frigives til majsstivelsesvand-væsken og tvinger sig igennem.

Hvordan luften slipper ud, bliver filmet ved hjælp af et højhastighedskamera til at visualisere invasionsmønstre-som enten præsenteres som væskelignende fingre eller fastlignende brud afhængigt af koncentrationen af ​​majsstivelse og trykket i luften. "

Dr. Ozturk fortsætter:

"Vi brugte majsstivelse (som et modelsystem for den bredere klasse af forskydningsfortykningsmaterialer), da det er praktisk, bredt tilgængelig og viser en dramatisk forskydningsfortykkelsesreaktion. Da denne form for invasionseksperiment (som vi har meget erfaring med) ikke tidligere var blevet udført på en DST væske, vores hovedmål var bare at prøve dem i håbet om at se noget interessant.

Vores hovedhypotese var, at væsken ville "knække" som et fast stof, hvis den får nok stress. Dette ville være en fantastisk ting at se, da en væske burde udvise brede fingermønstre. Vi var, derfor, glad for at se et snævert brudrespons, da dette betød, at vi havde udviklet en ny form for eksperiment for at undersøge de betingelser, som DST observeres for. "

Medforfatter Dr. Bjornar Sandnes, leder af Complex Flow Lab, kommentarer:

"Det, der er særligt interessant ved majsstivelsen, der er undersøgt her, er, at friktion kan slås til eller fra som en kontakt.

Når kun forsigtigt forstyrres, kornene frastøder hinanden og da de ikke er i kontakt er der ingen friktion og materialet flyder som en væske.

Forstyr den dog kraftigere, og kornene skubbes i kontakt, således at friktion forhindrer kornene i at glide frit. Materialet opfører sig så mere som et fast stof, og det er, når vi observerer frakturering i vores eksperimenter."

Bladet er udgivet i Kommunikationsfysik .