液体如何穿过和穿过表面是一个研究很深入的课题,其中的新发现可能会对能源转换技术、电子冷却、生物传感器和微/纳米制造领域产生深远影响。
现在,九州大学工程学院的研究人员利用数学建模和实验,扩展了流体动力学的基本原理。他们的新发现可能会使许多基于液体的行业(如高端电子制造和实验室疾病诊断)的产品开发更加高效。
“我们生活在一个无处不在的液体和流动的世界,”这项研究的第一作者、助理教授王振英解释说,这项研究发表在《流体动力学杂志》上。“几十年来,科学家一直致力于用数学来描述看似简单的液体流动和扩散现象。例如,坦纳定律描述了一滴水如何随着时间的推移在固体表面上扩散。”
然而,这些方程式仍不完整。即使是经典的坦纳定律也只适用于油等非挥发性液体。当涉及到水、酒精和香水等挥发性液体时,该定律变得不那么可靠,因为空气、液体和表面之间的热力学会发挥作用。
“因此,我们研究了当前的定律,希望能够扩展我们对挥发性液体动力学的理解,”王继续说道。“我们首先从数学上引入参数,这些参数反映了挥发性液体在与坦纳定律推导时相似的条件下如何反应。”
该团队与爱丁堡大学的 Prashant Valluri 和塞萨洛尼基亚里士多德大学的 George Karapetsas 合作,进行了一系列实验,仔细描绘了挥发性液体的运动和热力学。这两种方法使研究人员能够扩大已建立的流体动力学原理,并拼凑出一幅更加多样化的挥发性液体与表面和空气相互作用的物理图景。
“这项研究描述了大量真实案例,并更全面地描绘了液体动力学,而这无法仅用坦纳定律来解释,”论文合著者井上千寻副教授解释说。“从更实际的层面来看,这些结果可以在各种基于液体的行业中发挥重要作用,例如在电子设备和其他能源设备的冷却中。流体动力学的世界可以非常细致,但如果我们希望破译我们周围的基本流动,就需要仔细研究它。”