Dinâmica de microbolhas na água fervente Habilitar a manipulação de fluido de precisão

Uma panela vigiada nunca ferve, vai o velho ditado, mas muitos de nós pelo menos mantiveram um olho na panela, esperando o início da borbulha. É satisfatório finalmente ver a fervura, atrás da qual mecanismos físicos complexos estão em jogo.

Quando isso acontece, o bolhas essa forma muda continuamente de forma e tamanho. Esses movimentos dinâmicos influenciam o fluxo do fluido circundante, afetando assim a eficiência da transferência de calor do fonte de calor para a água.

Manipular pequenas quantidades de líquido em altas velocidades e frequências é essencial para o processamento de um grande número de amostras em campos médicos e químicos, como na classificação de células. As vibrações de microbolhas podem criar fluxos e ondas sonoras, ajudando em manipulação líquida. No entanto, o comportamento coletivo e as interações de múltiplas bolhas são pouco compreendidas, portanto, suas aplicações foram limitadas.

Motivado para entender melhor o comportamento da bolha, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Kyoto desenvolveu uma configuração experimental para ajustar com precisão a distância entre microbolhas, empregando Luz a laser para aquecer a água desgaseificada por fototermicamente. O artigo é publicado no diário Pequeno.

“Conseguimos estabelecer um novo método para alterar fundamentalmente o fluxo líquido simplesmente ajustando o arranjo de bolhas”, diz o primeiro autor Xuanwei Zhang.

A equipe gerou com sucesso duas bolhas medindo cerca de 10 micrômetros de diâmetro que vibram espontaneamente nas frequências sub-megahertz, investigando como suas vibrações se afetam. Usando esse aparelho, os pesquisadores foram capazes de controlar com precisão os movimentos rápidos das bolhas nas frequências sub-megahertz, bem como o fluxo circundante.

Depois de comparar os resultados com as equações teóricas, a equipe descobriu que a pressão gerada por cada bolha vibração Conta as interações entre bolhas. Eles descobriram que as bolhas vizinhas sincronizam suas vibrações, e que mudando a distância entre bolhas em apenas 10 micrômetros alteraram sua vibração freqüência por mais de 50%.

“Não esperávamos observar um acoplamento vibracional tão claro entre duas bolhas oscilantes, mas as vibrações das bolhas que geramos eram muito estáveis ​​ao longo do tempo e altamente reproduzíveis”, diz o autor correspondente Kyoko Namura. Essas características permitiram à equipe capturar alterações nas vibrações das duas bolhas quando suas posições relativas foram ligeiramente ajustadas.

Os resultados deste estudo fornecem uma nova ferramenta de controle de fluidos para os campos médicos e químicos, onde análises mais rápidas e coleta de dados são indispensáveis. Embora a equipe de pesquisa tenha usado água desgaseificada, efeitos semelhantes podem ser alcançados com misturas de água-alcool, tornando esse método aplicável a uma ampla gama de aplicações.

No futuro, a equipe planeja explorar maneiras de selecionar ativamente as frequências e modos de vibração da bolha, controlar matrizes maiores de bolhas e analisar o ondas sonoras e fluxos gerados ao redor deles.