Investigadores de la Universidad Estatal de Utah están enviando cascadas de agua a un tanque para descubrir un misterio de la dinámica de fluidos.

Después de un estudio de investigación de un año, el equipo de ingenieros y dinamistas de fluidos desentrañó la física detrás de un fenómeno submarino único que ha sido comparado con la muñeca Matryoshka, la muñeca rusa tradicional dentro de una muñeca.

En un estudio publicado la semana pasada en el Revista de mecánica de fluidos , Los investigadores del Splash Lab de la USU describen lo que sucede cuando las gotas de agua de sucesión rápida impactan en una superficie tranquila y crean una cavidad de aire debajo del agua.

"Cuando una corriente de gotas golpea la superficie, tira aire hacia abajo y crea una cavidad llena de aire, ", dice el autor principal y candidato a doctorado Nathan Speirs." Las formas de las cavidades varían según los parámetros de impacto, como el diámetro de la gota y la velocidad en el impacto ".

Cuando una corriente continua de agua (un chorro) impacta la superficie del agua, forma una forma cilíndrica, profundo, cavidad estrecha. Cuando las gotas de sucesión lenta impactan en el agua, forman cavidades individuales que se cierran y colapsan antes de que llegue la siguiente gota. El equipo de Splash Lab quería saber qué sucede cuando las gotas de sucesión rápida impactan en el agua. El resultado es una serie única de cavidades dentro de las cavidades que crea una apariencia acanalada.

"Si la frecuencia de las gotas que caen es lo suficientemente alta, las gotas golpean el mismo lugar y crean cavidades anidadas, ", dijo Speirs." Cada gota sucesiva forma una cavidad en la base de la cavidad anterior ".

Distinguir el umbral entre alta y baja frecuencia es una parte clave de los hallazgos del equipo. Speirs dice que nunca ha habido un número que defina ese umbral. Entonces él y su equipo desarrollaron uno.

"Podemos definir los tipos de cavidades basándonos en un nuevo número adimensional al que llamamos número Matryoshka. Si el número es menor que uno, la cavidad colapsará antes de que llegue la siguiente gota. Si está por encima de uno, predecimos ver la formación de cavidades anidadas ".

Los investigadores dicen que su estudio ofrece nuevas aplicaciones a la vida cotidiana.

"Se sabe desde hace mucho tiempo que un chorro de fluido se convierte en una corriente de gotas a solo unos centímetros de la fuente del chorro, ", dijo el coautor y profesor asociado de la USU, Tadd Truscott." Esto significa que cuando los chorros diarios comunes impactan en un charco de agua, como el agua de un grifo en el fregadero de la cocina, o un chorro de orina que cae en un inodoro; los chorros de gotas crean cavidades similares a las que estamos estudiando en el laboratorio de salpicaduras ".

Comprender los matices de los tipos de salpicaduras podría conducir a dispositivos que reduzcan las salpicaduras y proporcionen entornos más limpios.

En la industria, Una comprensión más profunda de este aspecto nunca antes explicado de la dinámica de fluidos también podría conducir a avances en la fabricación de productos químicos y farmacéuticos. Speirs dice que los hallazgos son especialmente útiles para desarrollar procesos más seguros y eficientes en los que las salpicaduras son una preocupación.