La dynamique des fluides numérique (CFD) qui tient compte à la fois de la viscosité et de la compressibilité est un grand défi, les ingénieurs ont donc effectué la première simulation connue d'écoulement visqueux et compressible pour examiner attentivement la dynamique d'impact des gouttelettes à grande vitesse. « Les phénomènes sont de petite taille et très rapides; il est très difficile de les résoudre avec les techniques expérimentales actuelles, " dit Ando.

Pourquoi cette approche de simulation est-elle si importante ? Il permet d'identifier une relation de compromis entre une performance de nettoyage efficace, c'est-à-dire une efficacité d'élimination des particules, et un nettoyage sans dommage.

"Notre approche peut être utilisée pour quantifier la force de frottement et la pression d'impact des coups de bélier, " Ando a déclaré. "Ceux-ci sont utiles pour explorer les valeurs optimales de la vitesse d'impact, par exemple, étant donné les propriétés des particules de contaminants, y compris la taille. L'impact direct des gouttelettes d'eau sur les surfaces sèches produit une friction et une pression d'impact élevées, ce qui implique un nettoyage efficace mais érosif."

Dans leur simulation, les ingénieurs ont exploré le cas de l'introduction initiale d'un film d'eau qui recouvre la surface de nettoyage. Leurs résultats montrent que ce film peut amortir l'impact des gouttelettes, ce qui est crucial pour un nettoyage moins érosif.

"Les techniques de nettoyage respectueuses de l'environnement, y compris le jet d'eau et les ultrasons sous-marins, joueront un rôle plus important à l'avenir. Leur avance technologique a toujours été entravée par un manque de compréhension de la physique sous-jacente, que l'on peut désormais comprendre, " dit Ando. " En plus, au-delà de la recherche expérimentale, l'approche CFD est un outil essentiel lorsqu'il s'agit de quantifier l'écoulement des fluides."