Pesquisadores do Instituto de Ciência Industrial, A Universidade de Tóquio, usou um modelo físico sofisticado para simular o comportamento de fluidos que se movem através de tubos. Ao incluir a possibilidade de formação de bolhas induzida por cisalhamento, eles acham isso, ao contrário dos pressupostos de muitos trabalhos anteriores, os fluidos podem sofrer deslizamento significativo quando em contato com limites fixos. Esta pesquisa pode ajudar a reduzir as perdas de energia ao bombear fluidos, que é uma preocupação significativa em muitas aplicações industriais, como fornecedores de gás e petróleo.

A dinâmica dos fluidos é uma das áreas mais desafiadoras da física. Mesmo com computadores poderosos e o uso de hipóteses simplificadoras, simulações precisas de fluxo de fluido podem ser notoriamente difíceis de obter. Os pesquisadores muitas vezes precisam prever o comportamento dos fluidos em aplicações do mundo real, como o óleo que flui por um oleoduto. Para tornar o problema mais fácil, tem sido prática comum supor que na interface entre o fluido e o limite sólido - neste caso, a parede do tubo - o fluido flui sem escorregar. Contudo, faltam evidências para apoiar esse atalho. Pesquisas mais recentes mostraram que o deslizamento pode ocorrer em certas circunstâncias, mas o mecanismo físico permaneceu misterioso.

Agora, para entender mais rigorosamente a origem do deslizamento do fluxo, pesquisadores da Universidade de Tóquio criaram um modelo matemático avançado que inclui a possibilidade de gás dissolvido se transformar em bolhas na superfície interna do tubo.

"A condição de limite de não escorregamento do fluxo de líquido é uma das premissas mais fundamentais na dinâmica dos fluidos, "explica o primeiro autor Yuji Kurotani." No entanto, não há base física rigorosa para esta condição, que ignora os efeitos das bolhas de gás. "

Para fazer isso, os pesquisadores combinaram as equações de Navier-Stokes, quais são as leis básicas que governam o fluxo de fluidos, com a teoria de Ginzburg-Landau, que descrevem as transições de fase, como a mudança de um líquido para um gás. As simulações revelaram que o deslizamento do fluxo pode ser causado por minúsculas microbolhas que se formam na parede do tubo. As bolhas, que são criados pelas forças de cisalhamento no fluido, muitas vezes escapam da detecção na vida real porque permanecem muito pequenos.

"Descobrimos que as mudanças de densidade que acompanham a variação da viscosidade podem desestabilizar o sistema em direção à formação de bolhas. A formação de fase gasosa induzida por cisalhamento fornece uma explicação física natural para o escorregamento do fluxo, "diz o autor sênior Hajime Tanaka.

Diz Kurotani, “Os resultados do nosso projeto podem ajudar a projetar novos tubos que transportam fluidos viscosos, como combustível e lubrificantes, com perdas de energia muito menores. "

O trabalho é publicado em Avanços da Ciência como "Um novo mecanismo físico de deslizamento do fluxo de líquido em uma superfície sólida."