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管道的形状极大地影响了污染物和其他化学物质如何传播

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研究人员早就知道和记录如何当注入到流体流经管道时分散染料。

北卡罗来纳大学教堂山分校的一组数学家发现,管子的大小和形状极大地影响了注射后早期染料如何分散。

UNC的研究人员发现,管道的形状极大地影响了污染物在引入流体流动的瞬间将如何传播。

他们的结果对于药物输送,化学制造,管理在水路中溢出的污染物或任何涉及将物质混入到正在流动的流体中的应用具有重要意义。

“具体而言,我们发现在矩形管道中的流动瞬间分布污染物不对称,而不是在圆形或椭圆形管道流中观察到的均匀扩散”,UNC-教堂山数学系教授兼主席Richard M. McLaughlin说。艺术与科学学院。 “我们还发现,无论是瘦的还是胖的,都会带来巨大的变化。”

McLaughlin,与流体力学专家凯南杰出教授Roberto Camassa和研究生Manuchehr Aminian和Francesca Bernardi合作,报告他们的结果“物理评论快报”10月5日发表的“平整圆:几何偏斜和对称性打破被动标量输送管道和管道”一文。

Camassa说,在纤细的管道中,染料会以尖锐的前缘散开,然后是长长的锥形尾部。在脂肪管道中,分散是相反的,逐渐蔓延到尖锐的前方。他说:“这两个长方形的面积可能是一样的,但形状在染料分散方面有显着的不同。

例如,可以使药物设备制造商能够生产各种形状的矩形设备,这些设备将允许使用尖锐的冲头来递送一些治疗,并且可以基于最佳的效果逐渐分发一些治疗。 “卡莫萨说,”最令人惊讶的发现是,最能模仿圆形管道传播的矩形不像人们所期望的那样是方形的,而是一个宽高比为1.82的扁平矩形,意思是其宽度大约是其高度的两倍。“

这项研究可以在网上找到:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.154503

来源:北卡罗来纳大学 - 教堂山分校NSF

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