新模型最终可以预测血液和其他奇怪的液体如何流动

物理学家离提出一个完整的数学理论来预测血液和其他特殊液体的流动方式又近了一步。几十年来，这些奇怪的行为一直困扰着研究人员。

并不是说我们尝试过，但血液在轻推时实际上会略微变形，奇怪的是，当施加强烈的、突然的力时，它会变稠——从稀薄的水状物质转变为更粘稠、几乎是固体的物质。

另一个（更卫生的）例子是你可能记得学校科学演示中的经典技巧：玉米淀粉与水混合。如果你慢慢搅拌它，没有什么不对劲的，但挤一把混合物，它就会凝固成一个橡胶球。张开你的手，它会再次像液体一样滴落。

实际发生的事情是一个例子非牛顿流体，一种不遵守牛顿粘度定律的流体，其特征在于应力、施加在液体上的力和应变（应变如何响应）之间的奇怪关系。

但这并不是非牛顿流体唯一奇怪的事情。它们还显示出一种特别混乱的流体运动，称为弹性湍流，这种运动只存在于这些流体中，而不是听话的牛顿流体中。

湍流，任何形式的，都会变得井然有序层流在工业环境中，混乱、翻腾的混乱使混合或泵送流体变得困难，或者在湍急的河流上乘船颠簸。

它通常发生在高流速下，尽管它可能是一种熟悉的现象，但描述各种形式的湍流“仍然是经典物理学中最后一个未解决的问题之一”。宣布这项关于弹性湍流的新研究背后的研究人员。

研究人员在 1990 年代意识到在含有聚合物的水溶液中，聚合物是长而重复的分子链，聚合物的弹性拉伸和收缩导致层流变得不稳定。

在21世纪初，他们发现弹性湍流，这更加引人注目，出现在通常平滑的缓慢层流中。

弹性湍流被认为产生于非牛顿流体，非牛顿流体由悬浮在水状液体中的超细颗粒、聚合物或微观细胞组成，来自这些颗粒相互作用和移动的方式。溶液中没有颗粒，这种现象就会消失。

科学家们认为弹性湍流与牛顿流体的经典湍流完全不同，牛顿流体的行为方式更加可预测。但根据该团队的新模型，这两种现象的共同点可能比以前想象的要多。

在日本冲绳科学技术大学研究流体动力学的航空工程师Marco Rosti的带领下，该团队测量了非牛顿流体流动的速度，并计算了三个点的差异，而不是通常用于测量和研究经典湍流的两个点。

他们发现，具有弹性湍流的非牛顿流体在慢速流速下表现出间歇性的速度波动，就像牛顿流体在高流量下一样——这一发现帮助他们对非牛顿流体的行为进行了统计预测。

“我们的结果表明，弹性湍流具有普遍的能量幂律衰减和迄今为止未知的间歇性行为，”解释罗斯蒂。“这些发现使我们能够从新的角度看待弹性湍流问题。

这项研究增加了物理学家的其他研究工作大踏步前进在描述非牛顿流体时，自 1930 年代以来，这些流体的奇怪特性一直让研究人员感到困惑——当时他们没有像我们今天这样测量和模拟流体流动的仪器或计算机。

2019年，麻省理工学院（MIT）的研究人员开发了 3D 模型这可以描述超细颗粒悬浮液，如玉米淀粉混合物，从液体变成固体在各种条件下再回来。

这工业应用这样的模型非常有用，例如，允许研究人员预测和优化浆料在工业厂房的大桶之间流动时的行为。

Rosti团队开发的新模型可能具有类似的实际用途。

“有了完美的理论”——如果存在这样的事情——“我们可以对流动进行预测，并设计出可以改变液体混合的装置。说罗斯蒂。“这在使用生物溶液时可能很有用，”例如捐献的血液和淋巴液。

或者，当我们其他人都在用番茄酱、蛋羹和牙膏弄脏时——其他三个有趣的非牛顿流体例子。

该研究已发表在自然通讯.

宝宝起名 起名