有时候越粘稠的液体流动越快

众所周知,高粘稠液体(如蜂蜜)的流动速度比低粘度液体(如水)的流动速度慢。现在,研究人员惊讶地发现,当液体流过覆有化学涂层的毛细管时,常识反转了。实际上,在经过毛细管道时,液体的粘性提高1000倍,则流动速度提高了10倍。

流体流经管道的速度是具有非凡应用价值的参量:从工业过程(如炼油厂)到生物系统(如人的心脏)。

传统上,如果需要更快的流速,只能增加压力。但是,这种技术有其局限性。压力无法超过管道的最大负荷。对于细管和窄管尤其如此,例如用于生产药物和其他复杂化学药品的微流控管,因此研究人员正在研究,是否可提高液体流经窄管的速度而不必增加压力。

10月16日发表在《科学进展》上的论文里,研究人员发现,通过在管道内侧涂上排斥液体的化合物,就可以使粘性液体比低粘度的液体流得更快。

阿尔托大学应用物理系研究小组的罗宾·拉斯教授解释说:“超疏水性表面由微小的隆起组成,这些隆起将空气捕获在涂层中,从而使落在表面上的液滴就像在空气垫上一样。”

超疏水涂料本身不会加快粘度更高的液体的流动。但是,当液滴被限制在微流控非常狭窄的管道时,情况就会急剧变化。管壁上的超疏水涂层在内壁和液滴之间形成了小的气隙。

“我们发现,当液滴被限制在密封的超疏水毛细管中时,越粘稠,则液滴周围的气隙越大。较大的气隙使粘性流体的自然流速更快——由重力作用而产生的速度。”该论文的第一作者马娅·沃科瓦克博士说。

效果相当可观。甘油比水的粘性高出1000倍,流速是水的10倍。

“关键的发现是,粘度较低的液体渗透到周围的气垫中,从而使空气间隙变薄。这意味着管中低粘度液滴下方的空气无法支撑更快的流动。”该项目的研究人员之一Matilda Backholm博士解释说。

该团队开发了一种流体动力学模型,它可用于预测液滴在不同超疏水涂层的管中的运动方式。他们希望这些研究可以在微流控技术方面有重要的应用。

微流控技术是一种化学工程技术,可用于精确控制少量液体并用于制造复杂的化学药品(如药品)。

原文:https://phys.org/news/2020-10-specially-coated-tubes-viscous-liquid.html

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