Exemple de séquence d'impact de gouttelettes. Ligne du haut :exemples d'images de l'ensemble de données. Rangée du bas :montrant des détails de plus en plus fins du processus d'impact gouttelettes-particules. Crédit :Hardalupas et Charalampous
Même dans la Grèce antique, Le philosophe Aristote a tenté de résumer toutes les manières dont l'eau peut se comporter. Maintenant, environ 2, 400 ans plus tard, deux scientifiques de l'Imperial College de Londres, en utilisant la photographie au flash laser de collisions microscopiques gouttelettes-particules, ont découvert que les gouttelettes d'eau ont encore des astuces liquides à révéler.
"Nous avons identifié un comportement d'éclaboussures que personne n'a vu auparavant, " dit Yannis Hardalupas, l'un des auteurs de cette nouvelle recherche apparaissant dans un article de couverture cette semaine dans le journal Physique des fluides .
Des recherches antérieures ont principalement examiné les collisions de gouttelettes avec des surfaces planes, comme un mur. Cela a produit une taxonomie des comportements des gouttelettes, du "prompt splash" (l'équivalent d'un "splat" vernaculaire) au magnifique "crown splash".
Hardalupas et son collègue Georgios Charalampous ont examiné le cas moins étudié d'une gouttelette ayant une collision frontale avec un solide, particule sphérique. Les gouttelettes avaient environ un cinquième de millimètre de diamètre, un peu plus large qu'un cheveu humain, et frappe des particules deux à dix fois plus grosses.
Leurs instantanés numériques rapides à la nanoseconde ont révélé que lors de l'impact, certaines gouttelettes ont embrassé la particule dans des anneaux de type Saturne, ou "couronnes, " puis a continué intact jusqu'à l'autre extrémité de la particule.
"Ce qui est essentiel, c'est que la couronne reste cohérente ; elle ne se brise pas comme on pourrait s'y attendre. La couronne reste cohérente jusqu'à ce qu'elle atteigne l'arrière de la particule, " Charalampous a dit de ce qu'ils ont appelé une collision de "passage supérieur". "Pour la même taille de gouttelette et la même taille de particule, lorsque la collision se produit avec la même vitesse, il se comporte toujours de la même manière."
Exemples d'initiation de l'instabilité du rebord de la couronne. Au moment où l'instabilité est apparue sur le bord de la couronne, la gouttelette d'origine s'est effondrée sur la particule. Crédit :Hardalupas et Charalampous
Les chercheurs ont capturé le nouveau comportement des gouttelettes à l'aide d'une séance photo de haute technologie. Cela impliquait l'équivalent d'un micro-robinet d'eau distillée qui utilisait des vibrations pour s'égoutter à un débit et à une taille de gouttelettes définis. Les gouttelettes tombaient sur une minuscule particule de verre parfaitement alignée au sommet d'une aiguille en acier. La dynamique de collision a été enregistrée dans des images d'arrêt sur image à l'aide d'une caméra montée sur microscope et d'un flash de fluorescence induit par laser avec des expositions de quelques milliardièmes de seconde.
"Nous n'avons pas pu observer le pincement à cause de l'aiguille de support, mais nous nous attendons à ce qu'à la fin la goutte se pince et se reforme parce qu'elle se déplace assez vite pour le faire, ", a déclaré Hardalupas.
Le comportement des gouttelettes de dépassement se produit à un "point doux" dans les collisions avec les particules plus petites auxquelles la couronne tient suffisamment longtemps avant que des instabilités aient le temps de se développer et de la déchirer, selon Charalampous.
La dynamique des fluides des collisions gouttelettes-particules est essentielle au séchage par pulvérisation industrielle, dans lequel une suspension est atomisée en gouttelettes qui sont séchées pour produire une poudre avec des grains de taille standard. Dans cette étude, la taille et la vitesse des gouttelettes utilisées ressemblaient à la taille des gouttelettes d'un atomiseur, une taille caractéristique des particules de détergent ou de café instantané.
Lors d'une collision avec un viaduc, disent les chercheurs, l'aspect critique est qu'une partie du liquide, et son contenu, reste sur la particule pour l'enrober et l'agrandir, informations qui pourraient éclairer un séchage par pulvérisation plus efficace.
« Nous avons identifié une gamme de conditions de fonctionnement qui incluent la vitesse et le diamètre des gouttelettes, ce qui vous donnera un meilleur dépôt liquide sur la surface, et cela fournit des directives sur la meilleure façon d'utiliser les séchoirs par pulvérisation, ", a déclaré Hardalupas.
