Kompleks væskedynamik kan forklare hydroplaning

Når et køretøj kører over en våd eller oversvømmet vej, vand samler sig foran dækket og genererer en løftekraft. I et fænomen kendt som hydroplaning, denne kraft kan blive stor nok til at løfte køretøjet fra jorden.

I Fysik af væsker, , forskere fra CNRS, universitetet i Lyon, og Michelin-gruppen bruger en laserbilledteknik til at studere vandstrømmen foran og gennem dækrillerne.

For at modvirke vandplaning, slidbanedesign er valgt til at dræne vand fra forsiden af ​​dækket uden at forringe dets evne til at klæbe til vejen. Meget få kvantitative eksperimentelle undersøgelser af vandets bevægelse gennem dækriller er blevet udført, så lidt er kendt om de nøjagtige strømningsmønstre i disse situationer.

Det eneste tidligere offentliggjorte arbejde, der rapporterede kvantitative hastighedsmålinger i dækriller, blev udført med et højhastighedskamera og brugt hirsefrø som vandsporere. Frøene er omkring 1,5 millimeter i diameter, selvom, og giver dårlig kontrast, så hastighedsinformation inde i rillerne var ikke brugbar til en flowanalyse.

I øjeblikket, forskning i hydroplaning bruger en testbane udstyret med et gennemsigtigt vindue indlejret i jorden. Området ovenfor er oversvømmet, og et dæk, der ruller hen over ruden, observeres med et højhastighedskamera.

Efterforskerne udviklede en mere sofistikeret tilgang, der involverede fluorescerende podningspartikler for at visualisere strømmen og brugte et ark laserlys til at belyse området. De fluorescerende partikler var kun 35 mikrometer i diameter, omkring halvdelen af ​​tykkelsen af ​​et menneskehår, med en tæthed tæt på vand.

"Det første bemærkelsesværdige træk ved strømmen inde i rillerne er tilstedeværelsen af ​​hvide aflange filamenter eller søjler, " sagde forfatter Damien Cabut. "Dette indikerer tilstedeværelsen af ​​en gasfase, muligvis luftbobler eller kavitation."

Der er to faser i rillerne, væske og gas, hvilket komplicerer analysen. Efterforskerne fandt hvirvler og bobler i nogle riller. Forfatterne viste, at antallet af hvirvler inde i en rille er relateret til forholdet mellem rillens bredde og dens højde.

"Én hvirveldannelsesmekanisme kunne være forbundet med strømmen omkring den skarpe kant af dækribben. Denne effekt ligner den, der observeres for deltavinger i aerodynamisk løft, " sagde Cabut.

Strømningsstrukturen i rillerne viste sig at være ens for at øge køretøjets hastigheder, når afstande og hastigheder var korrekt opskaleret. Dette kan have konsekvenser for vandplaning.

Cabut sagde, at der skal gøres mere arbejde for at forstå dannelsen af ​​hvirvler og boblernes rolle i rillerne. Det eksperimentelle setup, de udviklede, vil være en stor hjælp til det fremtidige arbejde.