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新模型最终可以预测血液和其他奇怪液体的流动方式

导读 物理学家距离提出一套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。这些奇怪的行为几十年来一直困扰着研究人员。我们并未...

物理学家距离提出一套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。这些奇怪的行为几十年来一直困扰着研究人员。

我们并未尝试过,但当受到推动时,血液确实会略微变形;奇怪的是,当突然受到强大力量时,血液会变稠——从稀薄的水状物质变成更粘稠的几乎是固体的物质。

另一个(更卫生的)例子是您可能还记得的学校科学演示中的经典技巧:将玉米淀粉与水混合。如果您慢慢搅拌,看起来没有什么不妥,但挤压一把混合物,它会凝固成一个橡胶球。张开手,它会再次像液体一样滴落。

实际情况是非牛顿流体的一个例子,这种流体不符合牛顿粘度定律,而是以应力(施加在液体上的力)和应变(液体响应变形的方式)之间的奇特关系为特征。

但这并不是非牛顿流体唯一的怪异之处。它们还表现出一种特别混乱的流体运动,称为弹性湍流,这种运动只存在于非牛顿流体中,而不是顺从的牛顿流体中。

任何类型的湍流都会使有序的层流变成混乱的流动状态,在工业环境中,这会使流体的混合或泵送变得困难,或者使在湍急的河流上乘船变得颠簸。

它通常发生在高流速下,虽然它可能是一种熟悉的现象,但描述各种形式的湍流“仍然是古典物理学中最后一个未解决的问题之一”,这项新的弹性湍流研究的研究人员宣称。

20 世纪 90 年代,研究人员意识到,在含有聚合物(由长而重复的分子链组成)的水溶液中,聚合物的弹性拉伸和收缩导致层流变得不稳定。

21 世纪初,他们发现了弹性湍流,这种湍流更加引人注目,出现在通常平稳的缓慢层流中。

根据这些粒子的相互作用和移动方式,人们认为弹性湍流发生在非牛顿流体中,这些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。如果 溶液中没有颗粒,这种现象就会消失。

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