В процессе строгих вертикальных колебаний ученые наблюдают нестандартное поведение пузырьков воздуха в жидкости: те деформируются и интенсивно движутся в горизонтальном направлении.
Воздушные пузыри встречаются в повседневной жизни – в сладких водах, климатических установках. Используют их в промышленности: для охлаждения, очищения воды, изготовления веществ.
Длительное время контроль движения пузырьков представлял собой сложное испытание во многих областях. Недавно ученые смогли добиться точного управления пузырьками с помощью гидродинамической неустойчивости. Группа исследователей поставила перед собой, казалось бы, простой вопрос: возможно ли заставить пузырьки непрерывно двигаться в одном направлении, если их перемещать вверх и вниз?
Пузырьки не просто двигались, а перемещались перпендикулярно направлению встряхивания. Когда контейнер качали вверх и вниз, пузырьки начинали ритмично «галопировать» — подпрыгивать, как игривые лошадки. двигаться горизонтально, несмотря на вертикальное встряхивание.
Изменяя частоту и амплитуду встряхивания, исследователям удалось переключать режимы движения. Сейчас известно, как обеспечить прямолинейное, круговое и хаотичное зигзагообразное движение, напоминающее стратегии поиска пищи у бактерий. опубликованы в журнале Nature Communications.
Феномен «галопирования» находит применение в системах охлаждения микрочипов. На Земле пузырьки газов поднимаются с нагретых поверхностей, предотвращая перегрев. В космосе плавучесть отсутствует, что затрудняет удаление пузырьков. Новый метод… позволяет Активное удаление пузырьков из среды без гравитации способно повысить теплообмен в спутниках и космической электронике.
Открытую особенность движения пузырьков можно применять для очистки поверхности. Эксперименты показали, что «галопирующие пузырьки» способны очищать пыльные поверхности. Движение их напоминает зигзаги миниатюрного робота-пылесоса. Ученые рассчитывают, что управление движением пузырьков даст новые подходы в очистке поверхностей и целевой доставке лекарств.
Благодаря новому механизму самодвижения пузырьки способны преодолевать большие расстояния и передвигаться по сложным жидкостным сетям. Это открывает возможности для решения старых проблем в системах теплопередачи, очистке поверхностей и может стать основой для создания новых мягких роботов. Saiful Tamimучёный из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле.
Управлять движением пузырьков — сложно, ведь их можно найти практически во всех жидкостях. Методы воздействия на них у исследователей и инженеров пока ограничены.
Работы учёных показывают, что возможно… направлять Благодаря точно подобранным вибрациям перемещения происходят по расчетным путям.
Это открытие меняет наше представление о динамике пузырьков с непредсказуемого на управляемое и применимое во многих областях, таких как теплообмен, микрофлюидика и другие технологии. Connor MagoonМагистрант по математике из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле.