想更快地把饮料从瓶子里倒出来 ,共分几步?
根据生活经验,可以发现倾斜瓶子可以更快地倒出饮料,但是如果整个瓶子颠倒过来,瓶口会产生气泡,饮料可能会飞溅。对这一问题的研究可能会给饮料工业和化工厂带来启示。
图中显示了气泡在不同流体中的时间演化,注意每次打击后排出的气泡形状。资料来源:洛克希·罗希拉
资料来源:美国物理研究所
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你有没有观察过倒饮料时瓶子是如何倒空的?来自印度技术研究所的研究人员已经探索了如何更快地倒空瓶子,这在饮料行业之外的许多领域都有广泛的意义。
几个世纪以来,人们对泡沫进行了广泛的研究,包括达芬奇的早期研究成果。达芬奇有一个著名的发现,气泡呈正弦上升。瓶口处气泡生成的动力学取决于液体的热物理性质、瓶体的几何形状及其倾角。这些参数不可避免地交织在一起,使得空瓶动力学成为气泡物理学家的下一个前沿研究方向。
在最近的美国国际物理学会期刊《流体物理学》中,洛克·什罗拉和阿鲁普·库达斯通过高速摄影分析了商业饮料瓶中的气泡动力学,探索了这一现象。图像分析使他们能够概念化各种参数,如液膜厚度,气泡纵横比,上升速度和瓶子清空模式。
罗希拉说:“瓶子里的气泡动力学太复杂,无法研究,所以我们把气泡界面的生长分成不同的阶段来理解。”
众所周知,如果你增加瓶子的倾斜角度,倒空瓶子的时间就会缩短。这增加了所谓的气泡夹断频率,相对增量取决于流体的热物理性质。
“我们的实验表明,存在一个临界倾角。之后,增加瓶子的倾斜角度不会减少瓶子的倒空时间,”罗希拉说。“这是由于缺口的饱和。在瓶口,液体周围的空气以一个倾斜的角度占据空间。”
已经确定了两种不同的空瓶灌装模式。在一种模式中,由于瓶子中气泡的高频收缩,液体排空率增加。在另一种模式中,瓶子中的气泡体积增加,但是产生频率相对较低,这也可以增加液体排空频率。
罗希拉说:“我们还发现,当垂直倒置的瓶子排出液体时,会产生密封的气泡。与直觉相反,密封气泡与液体分离的点出现在瓶口之外。此外,在无粘性流体中有强射流,因为几乎没有内摩擦,液体层变薄。然而,粘性流体中没有这种飞溅,气泡具有可控的周期性
密封气泡形成。资料来源:洛克希·罗希拉
这项工作证明了瓶子的几何形状和热物理性质在缩短瓶子排空时间方面起作用。
达斯说:“我们可以通过调整瓶子的几何形状来控制瓶子的排放模式。专为特定产品设计的直观瓶子将更好地控制它们的排空率。”
对瓶子几何形状的深入理解将有助于实际应用,如饮料工业和化工厂。
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原标题:如何更快地将饮料倒出瓶子?