Укрощающий вихри полимер испытали в лаборатории

Ученые из Японии и Великобритании в лабораторных условиях исследовали поведение вихрей, которые образуются в потоке жидкости, и то, как на них влияет добавление в жидкость особых полимеров. О своей работе ученые рассказали в журнале Physical Review X.

В потоке жидкости, движущемся с большой скоростью или по искривленной траектории, образуются небольшие завихрения. На их образование тратится энергия, и большая ее часть нужна для того, чтобы поток двигался в начальном направлении. С подобными проблемами сталкиваются люди, когда им нужно переместить большой объем жидкости (например, по водо- и нефтепроводам). Известно, что, добавив к жидкости небольшое количество специальных полимеров, можно снизить интенсивность круговоротов и давление жидкости, но было неясно, как именно это происходит.

Авторы исследования разработали устройство, с помощью которого можно создавать небольшие вихри в лабораторных условиях. Оно представляет собой напечатанную на 3D-принтере стеклянную пластинку с двумя отверстиями, которые по диаметру сравнимы с человеческим волосом. Получающиеся вихри можно изучать под микроскопом, добавляя в жидкость хорошо заметные частицы.

Создавая водовороты в жидкостях с полимером и без него, ученые заметили, что вихри уменьшаются уже при добавлении одной доли полимера на миллион долей жидкости. Чтобы лучше разобраться в наблюдениях, авторы работы задействовали компьютерное симулирование.

«С помощью симуляций мы смогли ясно увидеть, как полимер создает напряжение в определенным местах потока и как это подавляет образование и рост вихрей», — прокомментировал один из авторов работы, физик из Окинавского института науки и технологий Саймон Говард.