Los investigadores de la Universidad de Tokio desarrollan un nuevo modelo físico que incorpora la dependencia de la densidad de la viscosidad para comprender las interacciones de los fluidos viscosos que fluyen con las paredes de las tuberías. con la promesa de mejorar la eficiencia de los procesos industriales como el transporte de petróleo. Crédito:Instituto de Ciencias Industriales, La universidad de tokio
Investigadores del Instituto de Ciencias Industriales, La Universidad de Tokio, utilizó un modelo físico sofisticado para simular el comportamiento de los fluidos que se mueven a través de las tuberías. Al incluir la posibilidad de formación de burbujas inducida por cizallamiento, ellos encuentran eso, contrariamente a las suposiciones de muchos trabajos anteriores, Los fluidos pueden experimentar un deslizamiento significativo cuando entran en contacto con límites fijos. Esta investigación puede ayudar a reducir las pérdidas de energía al bombear fluidos, que es una preocupación importante en muchas aplicaciones industriales, como proveedores de gas y petróleo.
La dinámica de fluidos es una de las áreas de la física más desafiantes. Incluso con computadoras potentes y el uso de supuestos simplificadores, Las simulaciones precisas del flujo de fluidos pueden ser muy difíciles de obtener. Los investigadores a menudo necesitan predecir el comportamiento de los fluidos en aplicaciones del mundo real, como el petróleo que fluye a través de un oleoducto. Para facilitar el problema, Ha sido una práctica común suponer que en la interfaz entre el fluido y el límite sólido, en este caso, la pared de la tubería:el fluido fluye sin resbalar. Sin embargo, Ha faltado la evidencia para apoyar este atajo. Investigaciones más recientes han demostrado que el deslizamiento puede ocurrir bajo ciertas circunstancias, pero el mecanismo físico sigue siendo un misterio.
Ahora, comprender más rigurosamente el origen del deslizamiento del flujo, Los investigadores de la Universidad de Tokio crearon un modelo matemático avanzado que incluye la posibilidad de que el gas disuelto se convierta en burbujas en la superficie interna de la tubería.
"La condición de límite de no deslizamiento del flujo de líquido es uno de los supuestos más fundamentales en la dinámica de fluidos, "explica el primer autor Yuji Kurotani". Sin embargo, no existe una base física rigurosa para esta condición, que ignora los efectos de las burbujas de gas ".
Para hacer esto, los investigadores combinaron las ecuaciones de Navier-Stokes, cuáles son las leyes básicas que gobiernan el flujo de fluidos, con la teoría de Ginzburg-Landau, que describen transiciones de fase como el cambio de líquido a gas. Las simulaciones revelaron que el deslizamiento del flujo puede ser causado por pequeñas microburbujas que se forman en la pared de la tubería. Las burbujas que son creados por las fuerzas cortantes en el fluido, a menudo escapan a la detección en la vida real porque siguen siendo muy pequeños.
"Descubrimos que los cambios de densidad que acompañan a la variación de viscosidad pueden desestabilizar el sistema hacia la formación de burbujas. La formación de fase gaseosa inducida por cizallamiento proporciona una explicación física natural para el deslizamiento del flujo, "dice el autor principal Hajime Tanaka.
Dice Kurotani, "Los resultados de nuestro proyecto pueden ayudar a diseñar nuevas tuberías que transporten fluidos viscosos, como combustible y lubricantes, con pérdidas de energía mucho menores ".
El trabajo está publicado en Avances de la ciencia como "Un mecanismo físico novedoso de deslizamiento del flujo de líquido sobre una superficie sólida".