Новости науки и техники - новейшие технологии сегодня в мире
24.08.2017 0 0

Ворсистые поверхности уменьшили вязкое сопротивление жидкостей


купить с доставкой



Группа гидродинамиков из Массачусетского Технологического Института изучила, как ворсистость поверхности влияет на свойства текущей вдоль нее жидкости. Оказалось, что изгибание ворсинок приводит к достаточно сложному, но вполне определенному изменению течения. Это помогает защитить поверхность от дополнительной нагрузки со стороны потока и позволяет управлять вязким сопротивлением.

Биомехаников из различных областей всегда интересовало, как наличие гибких элементов на различных поверхностях влияет на поток жидкости или газа вдоль них. В случае больших размеров, больших скоростей и маленьких вязкостей такая ситуация описывает, например, ветер, дующий вдоль леса или поля. Обратная ситуация — большие вязкости и маленькие размеры — описывает поверхности, находящиеся внутри человеческого тела: стенки сосудов, поверхность языка или первичные реснички на клетках почек. И если первый случай изучен уже довольно давно (там доминируют эффекты, связанные с инерцией воздушной среды), то для второго все несколько сложней. В этом случае из-за деформации образованного ворсинками «волосяного слоя» жидкость вблизи поверхности начинает вести себя как неньютоновская, и ее вязкость становится зависимой от скорости, что значительно усложняет изучение задачи.

В своей новой работе гидродинамики предложили теорию, которая описывает взаимное влияние ворсинок и жидкости друг на друга, и проверили ее с помощью лабораторного эксперимента, в котором наблюдали за течением вязкой жидкости вдоль поверхности, покрытой упругими волосками микронного размера. Сложность задачи состояла в том, что течение жидкости вокруг таких ворсинок приводило к их деформации, что в свою очередь изменяло картину течения. Для упрощения решения такой совместной нелинейной задачи ученые сделали допущение, что все напряжение в процессе изгиба ворсинки приходится только на ее кончик.


Оказалось, что для каждой конкретной геометрии волосяного слоя (длины, толщины и густоты волосков) и масштаба течения можно выделить три основных режима в зависимости от скорости жидкости. В случаях очень маленькой или очень большой скорости задача упрощается, и ворсинки принимают одну из двух устойчивых конформаций (слабо или сильно деформированных, соответственно), для которых деформация линейно связана с напряжением. Наибольший же интерес вызвала область промежуточных скоростей, при которых ворсинки из-за стремления снизить свое вязкое сопротивление переходят из одной конформации в другую. Диапазон скоростей, при которых происходит смена конформации, зависит от длины волосков: так, для длинных ворсинок эта область достаточно широкая, а для совсем коротких — не наблюдается вовсе.

Связав параметры течения (в частности, вязкое сопротивление) с геометрией волоска в состоянии смены конформации, ученые обнаружили, что зависимость снижения сопротивления от скорости имеет довольно сложный нелинейный характер. Было предположено, что в живых организмах это помогает защитить поверхность от избыточных нагрузок, что может оказаться важным, например, для довольно чувствительных аппаратов механотрансдукции, которые преобразуют механическое воздействие на ткань в клеточные сигналы.

Кроме вертикальных ворсинок, ученые также расмотрели ситуацию, когда они выходят из поверхности под определенным углом. Так, предложенная модель предсказывает увеличение сопротивления для течения жидкости «против шерсти» и уменьшение сопротивления для течения «по шерсти» и количественно согласуется с экспериментальными данными. Это наблюдение предполагает возможное использование ворсистых поверхностей, например, в микрофлюидике, где они могут применяться в качестве управляемого элемента насоса или создания гидродинамического диода, в котором вязкое сопротивление в микроканале сильно зависит от направления течения.

купить с доставкой
Контакты:
Адрес: Толстого, 311-А 123115 Москва,
Телефон:+7 989-149-81-32, Электронная почта: contact@litanons.ru Новости науки и техники - Новейшие технологии сегодня в мире

Ворсистые поверхности уменьшили вязкое сопротивление жидкостей
Ученые научились делать любую поверхность сенсорной Ученые научились делать любую
исследователи из университета карнеги-меллон представили технологию, которая позволяет «нарисовать» тачпад практически на любой поверхности. данный
Исследователи MIT разработали микроскоп из капелек жидкости Исследователи MIT разработали микроскоп
по своей природе капли жидкости являются естественными увеличительными стеклами. исследователи массачусетского технологического института (mit)
Физики научились предотвращать брызги Физики научились предотвращать брызги
международная группа ученых обнаружила, что вероятность образования брызг при падении капли жидкости связана с
На Марсе нашли поверхность, похожую на лабиринт На Марсе нашли поверхность, похожую на
европейское космическое агентство (ека) опубликовало фото поверхности марса, где образовались необычные блоки,
БАШНЯ ПЛОТНОСТИ БАШНЯ ПЛОТНОСТИ
- высокий узкий стеклянный сосуд, например, пустая чистая пол-литровая банка из-под консервированных оливок или грибов- 1/4 стакана (65 мл)
Новый трехмерный графен оказался в 10 раз прочнее стали Новый трехмерный графен оказался в 10
о свойствах графена, кажется, уже известно все: он обладает уникальной проводимостью, теплопроводностью, оптическими и химическими свойствами. теперь
Данные со спутника GRAIL указывают на наличие на Луне лавовых трубок Данные со спутника GRAIL указывают на
команда исследователей из университета пердью, сша, обнаружила, анализируя данные, полученные с лунного орбитального
В сеть выложили огромную базу данных для поиска экзопланет В сеть выложили огромную базу данных
астрономы из массачусетского технологического института (massachusetts institute of technology) и института карнеги (carnegie institution for
Секреты глянцевой полировки автомобиля своими руками. Секреты глянцевой полировки автомобиля
как известно, в ходе эксплуатации, кузов автомобиля постоянно подвергается воздействию разрушающих факторов.
Откуда берутся «пауки» на Марсе Откуда берутся «пауки» на Марсе
планетологи выяснили, откуда на южном полюсе марса берутся огромные «пауки». оказалось, что каждую весну и лето на юге
Международная группа физиков добилась предельной плотности записи информации в магнитном состоянии вещества — один бит в одном атоме. Это соответствует увеличению емкости жестких дисков в тысячи раз. Для двухбитового устройства ученые разработали процедур Международная группа физиков добилась
магнитная запись информации основана на том, что многие материалы в магнитном поле намагничиваются вдоль его линий и сохраняют эту намагниченность
Татуировка сообщит о низком уровне глюкозы в организме Татуировка сообщит о низком уровне
ученые из массачусетского технологического института и гарвардской медицинской школы создали чернила для татуировок, которые реагируют на изменение
Знание нескольких языков считается неоспоримым преимуществом, а английский — и вовсе необходимостью. Но может ли чрезмерное использование иностранной речи привести к необратимым изменениям мозга Знание нескольких языков считается
исло публикаций на тему билингвизма в последнее время растет. авторы одних предполагают, что он делает ум острее, другие выражают больше сомнений,
Поверхность МКС является уникальным хранителем кометного вещества Поверхность МКС является уникальным
специалисты научного института цниимаш в ходе проведения космического эксперимента «тест» установили, что поверхность международной космической
Напитки для здоровья Напитки для здоровья
1. вода выводит токсины, поддерживает работу желудка, положительно влияет на состояние сосудов и суставов.2. гранатовый сок нормализует работу сердца
Комментарии (0)
Добавить комментарий
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.