پیش بینی الگوی ناشی از سیالات دارای ویسکوزیته بالا

شاید برای شما هم پیش آمده باشد که هنگام صبحانه، عسل را با قاشق بر روی سطح نان ریخته باشید و با پایین آمدن تدریجی عسل، شکل گیری طرح هایی متنوع و پیچ در پیچ را از برخورد عسل با نان ایجاد شده باشد.

در حال حاضر با استفاده از دستگاهی موسوم به «چرخ خیاطی مکانیکی سیال» می توان چنین پدیده ای را مشاهده کرد. این دستگاه در واقع دهانه ای دارد که از درون آن، سیال دارای گرانروی (ویسکوزیته) بالا بر روی یک نوار نقاله (صفحه در حال حرکت به یک سمت) قرار می گیرد. هدف از طراحی این دستگاه، بررسی عوامل فیزیکی تعیین کننده طرح های ایجاد شده است.

در این میان به تازگی گروهی از پژوهشگران از چندین دانشگاه مطرح بین المللی موفق به ایجاد مدلی ریاضیاتی برای پیش بینی طرح های ایجاد شده ناشی از این سیالات بر روی یک سطح در حال حرکت شدند.

برای این منظور، ابتدا چهار الگوی موجود در این شکل ها یعنی امواج سینوسی، حلقه های تکرار شونده، حلقه به شکل های مختلف و نیز خط های صاف مورد بررسی قرار گرفت. این بررسی نشان داد که طرح های ایجاد شده به سرعت برخورد سیال به صفحه و نیز سرعت صفحه در حال حرکت بستگی دارد. در واقع نسبت میان این دو تعیین کننده شکل ایجاد  شده خوهد بود.

این طرح ریاضیاتی می تواند در نرم افزارهای مختلف رایانه ای برای شبیه سازی این شکل ها و نیز ایجاد فیلم هایی از حرکت مایعاتی نظیر عسل یا روغن به کار رود. این مدل همچنین می تواند برای بهینه سازی فرآیندهای تولید برخی مواد نظیر تولید انواع نخ های مصنوعی که حاصل افشاندن ماده پلیمری بر روی نوار نقاله است نیز کاربرد داشته باشد.

این مقاله به تازگی در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است.

منبع

No tags for this post.