Afpropper champagneflaske producerer supersoniske chokbølger

At åbne en flaske champagne markerer traditionelt begyndelsen på en festlig fest. Efter det sjove knald fra proppen slipper et brus af bobler ud i luften, og til sidst er der den behagelige snurren på tungen.

Men der kommer meget mere ud af poppen, end der møder sanserne, mener forskere i Frankrig og Indien. I Physics of Fluids , afslørede beregningsbaserede væskedynamiksimuleringer dannelsen, udviklingen og spredningen af ​​chokbølgemønstre, da kuldioxidblandingen skyder gennem flaskehalsen i det første millisekund efter korkpropp.

Resultaterne kunne give indsigt i den komplekse og forbigående adfærd af supersonisk strømning i applikationer lige fra raketkastere, ballistiske missiler og vindmøller til elektronikfremstilling og undervandsfartøjer. Simuleringerne bygger på eksperimentel forskning i 2019, der for første gang viste dannelsen af ​​chokbølger under korkpropning.

"Vi ønskede bedre at karakterisere det uventede fænomen med et supersonisk flow, der finder sted under afpropning af champagneflaske," sagde medforfatter Robert Georges, fra Université de Rennes 1. "Vi håber, at vores simuleringer vil tilbyde nogle interessante spor til forskere, og de kan betragte den typiske flaske champagne som et mini-laboratorium."

I den indledende afpropningsfase blokeres gasblandingen delvist af proppen, hvilket forhindrer den udstødende champagne i at nå lydens hastighed. Men efterhånden som proppen frigives yderligere, undslipper gasblandingen radialt med supersonisk hastighed og balancerer dets tryk gennem en række normale og skrå chokbølger.

Bølgerne kombineres for at danne støddiamanter, mønstre af ringe, der typisk ses i raketudstødningsfaner. Flaskesymmetrien fører til en kroneformet supersonisk ekspansion. Til sidst bliver trykket for lavt til at opretholde et passende dysetrykforhold for supersonisk hastighed ved flaskehalsen og korkens kant.

"Vores papir optrævler de uventede og smukke strømningsmønstre, der er gemt lige under vores næse, hver gang en flaske bobler fjernes," sagde medforfatter Gérard Liger-Belair fra Université de Reims Champagne-Ardenne. "Hvem kunne have forestillet sig de komplekse og æstetiske fænomener skjult bag en sådan almindelig situation, som enhver af os oplever?"

Forskerne planlægger at udforske andre parametre, såsom temperatur, volumen og flaskehalsdiameter, sammen med de fysisk-kemiske processer, der ledsager champagneflaskens afpropning. For eksempel er de interesserede i, hvordan supersonisk strømning påvirkes af ispartikeldannelse forårsaget af det drastiske temperaturfald, når brusen kommer ud af flasken. + Udforsk yderligere

Afpropning af champagne skaber underudvidede supersoniske kuldioxid-frysestråler