混合两种液体在生活中司空见惯,我们会将牛奶倒入咖啡,将奶油加入烘烤蛋糕,在制造水泥的过程中,也免不了混合搅拌,甚至在追踪地球海洋中的塑料碎片时,了解液体混合的细节都很重要。
制作咖啡时,我们有时会用到一种圆形的搅拌器,面点师也会用到各种打蛋器,工业家则会用各种形状的搅拌器,有时还需要许多个。
将两种液体混合,从而创造一种同质溶液,这个看似简单的过程对人类至关重要。但什么才是混合的最佳方法呢?
最近一项新研究表明,我们可能都“搅错了”。
在这项研究中,马克西米兰·埃戈尔(Maximilian Eggl)和彼得·施密德(Peter Schmid)两位科学家希望探索一下,他们是否能找到一种更普遍的方法,有效地混合两种流体。
他们利用超级计算机模拟,发现搅拌器的形状和搅拌速度会影响液体混合的过程。在发表于《物理评论·流体》的论文中,描述了在创建模拟时考虑的因素,以及发现的最有效的策略。
模拟两种液体的混合
研究从一个简单的模拟开始,一个从中分开的圆柱体容器里,其中有两种纯溶液,还有两个搅拌器,每种溶液中一个。模拟显示了当搅拌器围绕圆柱体以恒定速度移动时,两种液体是如何混合的。
模型的初始状态,一个圆柱体容器里有两种溶液,还有两个搅拌器。(图/Eggl, M. & Schmid, P., 2022)
随后,研究人员运行了多个模拟实例,在每次运行前都会改变一个或多个因素,比如加快速度,或者改变搅拌器的路径或形状,都是为了优化混合。