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流体动力学研究人员使用许多技术来研究湍流，如洋流，或其他行星的旋转大气。Arezoo Adrekani的团队发现，在这些领域中使用的数学构造提供了关于复杂流动几何中的应力的有价值的信息。
Ardekani是普渡大学机械工程教授，研究复杂的流动:从与生物制药相关的运输过程，到溢油周围微生物的行为。“像水这样的牛顿流体很容易理解，因为它们没有微观结构，”她说。“但是复杂的流体有大分子可以拉伸和放松，这改变了流体的许多性质，导致了非常令人兴奋的流体动力学。”
粘弹性流动在自然界、生物医学环境和工业应用中经常发生，例如用于地下水修复的溶液。阿尔德卡尼说:“当地下水受到污染时，补救者会使用特定的聚合物溶液来分散旨在分解污染物的化学物质。”“但是他们应该使用什么类型的聚合物，注射多少，在哪里注射?”回答这些问题的唯一方法是理解这些流动的行为，这归结为测量压力。”
目前，量化聚合物流体应力的唯一方法是一种称为双折射的技术，它可以测量流体的特定光学特性。但它很难执行，通常不准确，并不能适用于所有类型的大分子。
阿尔德卡尼的团队发现了一种新技术。研究人员创建了一个数学框架，从粒子图像速度测量(流体动力学中的一种常见技术)中获取流速输入，并输出复杂流体的应力和拉伸场拓扑。他们的研究发表在《美国国家科学院院刊》上。
女生和男生在一起差差差的视频在粒子图像测速(PIV)中，示踪粒子被注入到流体中。通过使用这些颗粒的运动，研究人员可以推断出关于整体流动运动学的信息。虽然这可以很容易地用于评估牛顿流体中的应力，但Ardekani的团队已经发现了这些测量与粘弹性流动中的应力之间的数学相关性。
它们都是通过拉格朗日相干结构(lcs)连接起来的。“拉格朗日相干结构是用来预测流体流动动力学的数学结构，”Ardekani说。“海洋学家用它们来预测洋流的移动方式;追踪微生物的生物学家;甚至是天体物理学家，他们正在观测木星等地的湍流云。”
虽然lcs经常被湍流研究人员使用，但直到现在它们还从未被应用于聚合物应力。Ardekani说:“我们联合了连续介质力学的两个不同分支。“使用拉格朗日拉伸，并将其应用于欧拉应力场。这适用于广泛的尺度，从中尺度一直到工业尺度的测量。”
这篇论文是Ardekani、她的博士生Manish Kumar和塔夫茨大学机械工程副教授Jeffrey Guasto合作完成的。他们于11月在印第安纳波利斯举行的APS(美国物理学会)流体动力学分部第75届年会上展示了他们的发现，该会议由Ardekani共同组织。
虽然这项研究主要是数学上的，但Ardekani很兴奋地看到实验人员将如何在实验室和现实世界中使用这项技术。阿尔德卡尼说:“让我们再次使用地下水修复的例子。”“研究人员通常使用注入流体的示踪开车视频有声音免费软件APP湖南教育网分析来测量速度场。但现在，他们也可以识别应力场，所以他们可以更准确地预测流体的输送。”
更多信息:Manish Kumar等人，拉格朗日拉伸揭示粘弹性流动中的应力拓扑，美国国家科学院院刊(2023)。DOI: 10.1073 / pnas.2211347120
由普渡大学提供
引用本文:一种识别复杂流体应力的新方法(2023,1月27日)2023年1月27日从https://phys.org/news/2023-01-stresses-complex-fluids.html检索
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