科学家在一系列特别设计的实验中研究了粘弹性流体的奇怪行为

粘弹性流体无处不在，无论是通过你的血管，还是穿越阿拉斯加输油管道的1300公里长的管道。与牛顿流体(如油或水)不同，粘弹性流体像唾液的粘性链一样伸展。体内的分子链赋予了他们超能力，科学家们仍在试图了解这是如何影响他们的行为的。冲绳科学技术研究生院(OIST)的研究人员通过展示粘弹性流体如何在波状表面上流动，让我们向前迈进了一步，并获得了意想不到的结果。“对我来说，这并不直观。我已经使用这些液体近20年了，”微生物/纳米流体单元的领导者、该研究的第一作者西蒙哈沃德说。这篇论文发表在2018年11月5日的《流体物理学》上，是三项研究中的第三项，将粘弹性流体的新理论付诸实践。

惊人的消失行为。

当水流过光滑的管子时，它的运动总是匀速的。然而，当水接触到波浪表面时，它会像波浪上的潮汐一样破碎。响应破水浪的每一个波峰和波谷，被抛入旋涡，称为漩涡。称为涡度的旋转运动在波状壁附近最明显，并在可计算的距离处消散。科学家已经在水和其他牛顿流体中无数次见证了这种情况。但在此之前，从未在粘弹性流体中进行过类似的实验，预计粘弹性流体的性能会有很大不同。OIST的研究人员着手填补文献中的这一空白。

最近的理论研究表明，波浪使粘弹性流体像牛顿流体一样旋转，但有一个关键的区别。虽然牛顿流体引起的涡旋运动随距离衰减，但粘弹性流体中的涡旋实际上可以在特定距离被放大。这个放大区在理论上被称为“临界层”，但没有在实验上观察到。“这个关键层的位置取决于流体的弹性，”霍华德说。他说，一种流体包含的分子链或聚合物越多，它就变得越有弹性。流体弹性越大，临界层离波形壁越远。当流体弹性如此之大，临界层如此之远，靠近壁面的螺旋涡不再受其影响时，就会出现这种情况。“通常，我们认为如果液体更粘弹性，你会看到更多奇怪的效果，”Harward说。"但是在这种情况下，当流体具有高弹性时，可观察到的效应将会消失."

填补知识上的重大空白。

在过去的研究中，微/生物/纳米流体单元设计了实验和特殊设备来捕获这些关键层。他们的努力导致了这一现象的第一个实验证据。现在，研究人员构建了一个详细的图表来描述当通道变宽、波长延长或流体流速增加时，临界层是如何移动的。“这令人惊讶，因为这一理论似乎违反直觉，但我们的实验结果与理论预测完全相同，”哈佛大学说。“基本上，我们的实验完全证实了这个理论。”这些综合研究为粘弹性流体的进一步研究奠定了坚实的基础。这些弹性流体的基本特性对石油工业、医学和生物技术有着直接的影响，并有助于塑造我们周围的世界。通过这项研究，科学家现在可以开始在他们的计算中包括关键层，这可能有助于改善应用或在他们的研究中找到粘弹性流体的新方法。

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