你或许从未⻅过海洋渗漏,也可能不知何为曝⽓池,但你⼤概率喝过苏打⽔、啤酒、可乐、⾹槟等冒着⽓泡的饮料。今天,我们要做的就是通过谈论⾹槟⾥的⽓泡,来了解⼀个对理解流体⼒学领域的⽓泡流动具有重要意义的发现。
⽆论是⾹槟还是其他含葡萄⽓泡酒,当被倒⼊杯中时,都会有⽓泡不断出现并迅速上升到顶部,这些⽓泡在上升的途中会形成⼀条单⼀的线,并以这种形式持续⼀段时间,形成所谓的稳定⽓泡链。
布朗⼤学的 Roberto Zenit 是名专⻔研究⽓泡的⼯程学教授,他直觉地认为,在⽓泡饮料中,向上移动的⽓泡应该遵循⼀条不稳定的路径才对。因为每个液体中的⽓泡在上升的过程中都会产⽣尾流,⽽这种尾流是⼀种速度⼲扰,会撞击之后形成的⽓泡,使⽓泡不再直线上升,⽽是呈锥形上升。
在⼀项新发表于《物理评论流体》杂志的研究中,Zenit 与合作者通过⼀系列数值模拟和物理实验,为⾹槟的⽓泡线是如何形成的提供了解释。
在新研究中,研究⼈员先将苏打⽔、啤酒、⾹槟等饮料中的⽓体去除,然后将它们倒⼊⼀个⼩的矩形玻璃容器中。他们在容器底部安插了⼀根针,通过这根针可以将⽓体泵⼊,制造出不同类型的⽓泡链。通过将实验结果与数值模拟相结合,研究⼈员发现液体中⽓泡链的稳定性,与⽓泡的⼤⼩和液体中的表⾯活性剂分⼦的浓度有关。
研究⼈员表示,新的发现具有很⼤的经济和社会价值,它有助于我们理解⽓泡是如何产⽣、聚集,以及如何预测它们的外观,为理解从海洋渗漏到⾦汤⼒等各种系统中的⽓泡的⾏为,提供了⼀个理论框架。