流体动力学

如果你想知道为什么咖啡比啤酒更容易洒出来(提示:这与泡沫的物理性质有关),去问加州大学圣巴巴拉分校机械工程系的助理教授阿尔班·索雷特(Alban Sauret)。

对于涉及流体动力学和软物质的更重要的问题,Sauret也是一个很好的咨询对象,比如在表面涂上液体涂料,赋予其独特的性能,从而将昂贵的废品降至最低。在与工业合作伙伴圣戈班(Saint-Gobain)的合作中,Sauret说:“我意识到,在薄膜中涉及多相的过程通常是具有挑战性的,而且控制得很差,这导致了产品的排斥和浪费。”

这反过来又使他把他目前的研究重点,其中包括了解复杂的动力学在这样的系统中发挥作用。为表彰他在这一领域的广泛而极具前景的研究,Sauret获得了美国国家科学基金会(National Science Foundation) 50万美元的早期职业奖,用于一个名为“微粒悬浮物的毛细管流动”的项目。

索瑞特一年前加入加州大学圣巴巴拉分校,她说:“获得这个奖项是我的荣幸,特别是因为我过去的许多导师也获得过职业奖项。”“这也要归功于我在法国和这里共事过的许多有才华的学生,因为最终,大部分成绩都是由我们的学生创造的。现在能够与UCSB的许多新研究生和本科生一起继续这项研究是令人兴奋的。”

工程学院院长Rod Alferness说:“我真诚地祝贺Alban Sauret获得NSF早期职业奖。”“他延续了我们优秀的年轻教师获得国家认可的强大和不断增长的传统。我们期待他在这个项目上继续取得成功,并在未来继续追求。”

理解液体如何覆盖固体表面仍然是一个基本的挑战,实际应用范围从上述的工业涂料到液体的表面污染和在多孔介质中的传输,如PVC管,它可以被流动在它内部的液体污泥污染。

“为了提高涂层的性能,粒子通常悬浮在涂层中,无论是直接沉积还是以水滴的形式喷洒,”Sauret说。“液体薄膜的厚度反映了粒子的大小,这一系统的动力学对我们的理解提出了挑战。”实际上,当涉及到界面时,传统的理解悬浮流动的方法不再有效,因为表面会产生影响系统的毛细效应。”

索瑞特希望他由国家自然科学基金会资助的研究能对悬浮液中的表面张力现象产生新的理解。他说:“我们想了解界面动力学现象,如水滴、薄膜或喷雾剂的形成,是如何被第二相的存在(如固体颗粒、乳状液滴或微生物)所改变的。”“由于多相流非常复杂,目前不可能用数字来表示它们。我们希望开发出新的方法来描述粒子如何影响整个过程。”

制造业和涂层只是两个领域充斥着过程涉及浸渍某种对象——一个探头,线,一张材料,洗个澡,除去,然后采取的行动之一,其中可能包括蘸进另一个容器,测试了液体(污染物,一个例子),使用对象作为一个完整的产品,或将其发送给下一步的多阶段制造过程。

“产品必须从一个样品到另一个样品而不污染整个东西,”Sauret说。或者,如果镀液中含有涂层,则必须保证镀液中的灰尘或其他物质不会在流动过程中夹带或捕获,从而导致镀层不够光滑。

除了提高过程效率,Sauret希望在这个项目中生成的知识“支持新涂料的开发过程,利用毛细管效应,“添加、”的方法和模型产生的工作将主要在描述这样一个大范围的多相流体修改界面动力学和意志,因此,适用于广泛的场景。

Sauret说:“能够预测喷雾产生的雾滴的大小分布是非常重要的,目前了解雾滴在传播新型冠状病毒中的命运的重要性就证明了这一点。”“我们的团队希望完善目前的雾化模型,因为它们与多相流体和其他复杂流体有关。”

在2019年,加州大学圣巴巴拉分校的合格助理教授获得NSF工程和科学职业奖的比例是公立大学中最高的。今年,这所大学又有了一个良好的开端。“我认为UCSB的合作环境,我们在系里和大学里得到的支持,以及本科生和研究生的高质量对这里每个人的成功都很重要,”Sauret说。

此前,Sauret在2019年获得了摄政学院青年教师奖学金和美国化学学会石油研究基金新研究者奖;2016年《软物质》杂志特刊“新兴研究人员”;并于2014年获得法国艾克斯-马赛大学(Aix-Marseille University)的最佳博士学位。

想要了解更多关于Sauret在毛细管作用和流体动力学方面的研究,请看文章“乘坐火车”。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://www.news.ucsb.edu/2020/019883/fluid-dynamics

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