科学家证实弹性与弹惯性湍流之间的连续转变
科学家证实弹性与弹惯性湍流之间的连续转变
西北工业大学极端力学研究院和航空学院郗恒东教授团队联合相关研究人员开元棋官方正版下载kaiyun全站网页版登录，运用理论推演和精密测试，探究了多种弹性粘性流体在转变过程中的特性及其湍流表现，阐明了从弹性湍流向弹惯性湍流的逐步演变过程。该发现以《弹性湍流与弹惯性湍流连续过渡的实证研究》为名，刊登于美国《国家科学院院刊》。
这类物质常见于生活及工业领域，例如牙膏、洗头膏和聚合物溶液等。它们的流动特性与牛顿流体截然不同kaiyun官方网站登录入口，在湍流方面表现各异。早在二十世纪，研究人员就注意到，向其中添加少量聚合物能大幅减少管道内的流动阻力，这种减阻效果最优异时能达到八成。高聚物还会引发两种不同类型的湍流现象，一种是弹性湍流，这种湍流在惯性效应可以忽略不计的情况下出现，另一种是弹惯性湍流，这种湍流在惯性效应有限的情况下发生。长期以来，学术界对于这两种湍流现象是各自独立存在还是存在某种关联一直存在很大分歧。
研究小组运用自行构建的泰勒-库埃特流动设备，通过调整粘弹性流体的弹性成分，全面探究了多种流型中的流体行为表现。该研究综合运用整体扭矩检测和局部粒子图像测速方法，精确评估了弹性效应和惯性因素对角动量传递的作用程度，并揭示了不同流型下的流体构造形态，同时测定了速度功率谱分布特征。
网站截图。
科研结果显示，对于弹性和弹惯性两种湍流类型，弹性分量始终是造成流体失稳及维系湍流状态的核心力量，而惯性因素仅扮演次要角色。借助稳定性研究，人们构建了一个通用函数，用以阐释从弹性失稳状态向弹惯性失稳状态逐步演变的过程。此外，借助本征正交分解和频谱研究，识别出流动形态，例如速度带状区域、层状过渡区，其频谱特征指数从弹性湍流向弹惯性湍流逐步演进，没有发生显著突变。
这项研究揭示了粘弹性介质中弹性湍流和惯性湍流的内在关联及差异之处，进一步加深了对非牛顿类流体形成湍动的机理认知。所设计的扭矩与速度同步检测手段，以及稳定性评估体系，能够迁移应用于其他弯曲形态流动、多孔材料内部流动等复杂流体场景。该成果为高分子材料减阻方案、高分子材料成型工艺等领域带来了新的洞见。
该论文的详细信息请见此网址，链接为，https://org/doi/10.1073/pnas.2505007122，其中包含了相关的学术资料。
