Los investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio utilizaron un modelo físico sofisticado para simular el comportamiento de los fluidos que se mueven a través de las tuberías. Al incluir la posibilidad de formación de burbujas inducida por el cizallamiento, encuentran que, al contrario de lo que se suponeEn muchos trabajos anteriores, los fluidos pueden experimentar un deslizamiento significativo cuando entran en contacto con límites fijos. Esta investigación puede ayudar a reducir las pérdidas de energía al bombear fluidos, lo cual es una preocupación importante en muchas aplicaciones industriales, como los proveedores de gas y petróleo.
La dinámica de fluidos es una de las áreas más difíciles de la física. Incluso con computadoras potentes y el uso de supuestos simplificadores, las simulaciones precisas del flujo de fluidos pueden ser notoriamente difíciles de obtener. Los investigadores a menudo necesitan predecir el comportamiento de los fluidos en el mundo realaplicaciones, como el aceite que fluye a través de una tubería. Para facilitar el problema, ha sido una práctica común suponer que en la interfaz entre el fluido y el límite sólido, en este caso, la pared de la tubería, el fluido fluye sin deslizarseSin embargo, falta evidencia para respaldar este atajo. Investigaciones más recientes han demostrado que el deslizamiento puede ocurrir bajo ciertas circunstancias, pero el mecanismo físico ha permanecido misterioso.
Ahora, para comprender más rigurosamente el origen del deslizamiento del flujo, los investigadores de la Universidad de Tokio crearon un modelo matemático avanzado que incluye la posibilidad de que el gas disuelto se convierta en burbujas en la superficie interna de la tubería.
"La condición límite antideslizante del flujo de líquido es uno de los supuestos más fundamentales en la dinámica de fluidos", explica el primer autor Yuji Kurotani. "Sin embargo, no hay una base física rigurosa para esta condición, que ignora los efectos de las burbujas de gas"
Para hacer esto, los investigadores combinaron las ecuaciones de Navier-Stokes, que son las leyes básicas que rigen el flujo de fluidos, con la teoría de Ginzburg-Landau, que describe las transiciones de fase, como el cambio de un líquido a un gas. Las simulaciones revelaron queEl deslizamiento del flujo puede ser causado por pequeñas microburbujas que se forman en la pared de la tubería. Las burbujas, creadas por las fuerzas de corte en el fluido, a menudo escapan a la detección en la vida real porque siguen siendo muy pequeñas.
"Descubrimos que los cambios de densidad que acompañan a la variación de la viscosidad pueden desestabilizar el sistema hacia la formación de burbujas. La formación de fase gaseosa inducida por el cizallamiento proporciona una explicación física natural para el deslizamiento del flujo", dice el autor principal Hajime Tanaka.
dice Kurotani, "Los resultados de nuestro proyecto pueden ayudar a diseñar nuevas tuberías que transporten fluidos viscosos, como combustible y lubricantes, con pérdidas de energía mucho menores"
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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