Плазменные форсунки стабилизируют воду, чтобы уменьшить разбрызгивание

, проведенное учеными KAIST, показало, что струя ионизированного газа, обдуваемая водой, также известная как «плазменная струя», обеспечивает более стабильное взаимодействие с поверхностью воды по сравнению со струей нейтрального газа. Об этом открытии сообщалось в выпуске от Природа поможет улучшить научное понимание взаимодействия плазмы и жидкости и их практического применения в широком диапазоне промышленных областей, в которых используется контроля жидкости, включая биомедицинскую инженерию, химическое производство, и пищевую промышленность.


Газовые форсунки могут создавать углубления, похожие на ямочки, на поверхности жидкости, и это явление знакомо любому, кто видел полость, образованную продувкой воздуха через соломинку прямо над чашкой сока. По мере увеличения скорости газовой струи полость становится неустойчивой и начинает пузыриться и разбрызгиваться.

«Понимание физических свойств взаимодействия между газами и жидкостями имеет решающее значение для многих природных и промышленных процессов, таких как ветер, дующий над поверхностью океана, или методы производства стали, которые включают продувку кислородом поверх расплавленного железа», — пояснил профессор Вонхо. Чой, физик из KAIST и автор исследования.

Однако, несмотря на его научную и практическую важность, мало что известно о том, как полости с выдувной жидкостью деформируются и дестабилизируются.

В этом исследовании группа физиков KAIST во главе с профессором Чоу и его коллегами из Национального университета Чонбук в Корее и Института Джофефа Стефана в Словении изучали, что происходит, когда струя ионизированного газа, также известная как «плазменная струя», обдувается водой. Плазменная струя создается за счет высокого напряжения к соплу при прохождении через него газа, что вызывает слабую ионизацию газа и поглощение свободно движущихся заряженных частиц.

Исследовательская группа использовала оптическую технику в сочетании с высокоскоростной визуализацией для наблюдения профилей полостей на поверхности воды, создаваемых как струями нейтрального газа гелия, так и струями слабоионизованного газа гелия. Они также разработали вычислительную для математического объяснения механизмов, лежащих в основе их экспериментального открытия.

Исследователи впервые продемонстрировали, что струя ионизированного газа оказывает стабилизирующее действие на поверхность воды. Они обнаружили, что определенные силы, оказываемые плазменной струей, делают полость на поверхности воды более стабильной, что означает меньшее образование пузырьков и брызг по сравнению с полостью, создаваемой струей нейтрального газа.

В частности, исследование показало, что плазменная струя состоит из импульсных волн ионизации газа, распространяющихся по поверхности воды, так называемых «плазменных пуль», которые обладают большей силой, чем струя нейтрального газа, делая полость глубже, не дестабилизируя ее.

«Это первый случай, когда об этом явлении сообщается, и наша группа считает это важным шагом вперед в нашем понимании того, как плазменные струи взаимодействуют с жидкими поверхностями. Далее мы планируем расширить это открытие с помощью дополнительных тематических исследований, включающих различные плазмы. и характеристики жидкости «, — сказал профессор Чоу.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments