为了发现新的流体流动规律 研究人员转向吸管

一组研究人员通过对一项已有数千年历史的技术：吸管的实验，发现了控制流体流动的新规律。这些知识可用于改善医疗和工程应用中的流体处理。

“我们发现，通过吸管啜饮违背了所有先前已知的管道或管子流动阻力或摩擦定律，”纽约大学库朗数学科学研究所副教授，该研究的作者Leif Ristroph解释说，该研究发表在“流体力学杂志”上。“这促使我们寻找一种新定律，该定律可以适用于以任何速度通过任何尺寸的管道移动的任何类型的流体。

液体和气体通过管道、管子和管道的流动发生在自然界和工业中的许多情况下，例如血液流动和石油管道。

“管道流动问题一直是流体力学研究中最基本和最重要的问题之一，并且在许多方面，该领域都是为了解决这个问题而开发的，”纽约大学应用数学实验室主任Ristroph解释说。

然而，在他们的工作中，Ristroph和他的同事发现，所有已知的与压力和流速有关的定律都只在某些条件下是准确的。

为了得出这个结论，他们进行了一系列实验 - 使用几种类型的液体测量不同长度和直径的金属管道的流速和压力。目标是确定这些因素与流经管道的流动的摩擦阻力的关系。

“我们的数据显示，著名的经典流动摩擦定律仅适用于流速和管道尺寸的某些组合，”Ristroph解释说。“我们绘制了现有法律不起作用的条件，我们在眼皮底下发现了一个很好的例子：用吸管喝水。

吸管被认为早在5年前的美索不达米亚早期苏美尔文明中就被使用过。但是以前没有研究过它们操作的流体动力学。

研究人员将他们的研究扩展到包括几种吸管 - 薄咖啡搅拌器类型，普通苏打水和宽珍珠奶茶类型 - 他们进行了实验以确定饮用过程中典型的流速摩擦。

关于吸管和类似大小的管道的数据与任何已知的定律都不匹配，这些定律以它们的发现者命名，科学家Evangelista Torricelli和Jean Léonard Marie Poiseuille等。

研究人员发现，每个经典定律都失败了，因为它假设管道要么很短要么很长，并且流动非常慢或非常快。中间的情况，包括吸管，涉及复杂的因素，例如流动如何沿管道长度变化，以及它是否变得光滑和层流或粗糙和湍流。

对这种效应进行建模使团队能够得出一个单一的数学公式，其预测与所有管道和吸管以及所有流体和流速的实验测量相匹配。

“例如，通用公式在理解和模拟循环系统中的血流方面可能非常有用，”Ristroph观察到。“我们的静脉、动脉和毛细血管基本上是具有许多不同直径、长度和流速的管道。