有時候越粘稠的液體流動越快

2020-10-23 煎蛋

眾所周知，高粘稠液體(如蜂蜜)的流動速度比低粘度液體(如水)的流動速度慢。現在，研究人員驚訝地發現，當液體流過覆有化學塗層的毛細管時，常識反轉了。實際上，在經過毛細管道時，液體的粘性提高1000倍，則流動速度提高了10倍。

流體流經管道的速度是具有非凡應用價值的參量：從工業過程(如煉油廠)到生物系統(如人的心臟)。

傳統上，如果需要更快的流速，只能增加壓力。但是，這種技術有其局限性。壓力無法超過管道的最大負荷。對於細管和窄管尤其如此，例如用於生產藥物和其他複雜化學藥品的微流控管，因此研究人員正在研究，是否可提高液體流經窄管的速度而不必增加壓力。

10月16日發表在《科學進展》上的論文裡，研究人員發現，通過在管道內側塗上排斥液體的化合物，就可以使粘性液體比低粘度的液體流得更快。

阿爾託大學應用物理系研究小組的羅賓·拉斯教授解釋說：「超疏水性表面由微小的隆起組成，這些隆起將空氣捕獲在塗層中，從而使落在表面上的液滴就像在空氣墊上一樣。」

超疏水塗料本身不會加快粘度更高的液體的流動。但是，當液滴被限制在微流控非常狹窄的管道時，情況就會急劇變化。管壁上的超疏水塗層在內壁和液滴之間形成了小的氣隙。

「我們發現，當液滴被限制在密封的超疏水毛細管中時，越粘稠，則液滴周圍的氣隙越大。較大的氣隙使粘性流體的自然流速更快——由重力作用而產生的速度。」該論文的第一作者馬婭·沃科瓦克博士說。

效果相當可觀。甘油比水的粘性高出1000倍，流速是水的10倍。

「關鍵的發現是，粘度較低的液體滲透到周圍的氣墊中，從而使空氣間隙變薄。這意味著管中低粘度液滴下方的空氣無法支撐更快的流動。」該項目的研究人員之一Matilda Backholm博士解釋說。

該團隊開發了一種流體動力學模型，它可用於預測液滴在不同超疏水塗層的管中的運動方式。他們希望這些研究可以在微流控技術方面有重要的應用。

微流控技術是一種化學工程技術，可用於精確控制少量液體並用於製造複雜的化學藥品(如藥品)。

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

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