Chercheurs à l'Institut des sciences industrielles, L'Université de Tokyo, utilisé un modèle physique sophistiqué pour simuler le comportement des fluides se déplaçant dans les tuyaux. En incluant la possibilité de formation de bulles induite par le cisaillement, ils trouvent que, contrairement aux hypothèses de nombreux travaux antérieurs, les fluides peuvent subir un glissement important lorsqu'ils sont en contact avec des limites fixes. Cette recherche peut aider à réduire les pertes d'énergie lors du pompage de fluides, qui est une préoccupation importante dans de nombreuses applications industrielles, comme les fournisseurs de gaz et de pétrole.

La dynamique des fluides est l'un des domaines les plus difficiles de la physique. Même avec des ordinateurs puissants et l'utilisation d'hypothèses simplificatrices, des simulations précises de l'écoulement des fluides peuvent être notoirement difficiles à obtenir. Les chercheurs ont souvent besoin de prédire le comportement des fluides dans des applications réelles, comme le pétrole circulant dans un oléoduc. Pour simplifier le problème, il a été courant de supposer qu'à l'interface entre le fluide et la frontière solide - dans ce cas, la paroi du tuyau - le fluide s'écoule sans glisser. Cependant, les preuves à l'appui de ce raccourci ont fait défaut. Des recherches plus récentes ont montré que le dérapage peut se produire dans certaines circonstances, mais le mécanisme physique est resté mystérieux.

Maintenant, de comprendre plus rigoureusement l'origine des glissements d'écoulement, des chercheurs de l'Université de Tokyo ont créé un modèle mathématique avancé qui inclut la possibilité que le gaz dissous se transforme en bulles sur la surface interne du tuyau.

"La condition aux limites de non-glissement de l'écoulement liquide est l'une des hypothèses les plus fondamentales de la dynamique des fluides, " explique le premier auteur Yuji Kurotani. " Cependant, il n'y a pas de fondement physique rigoureux pour cette condition, qui ignore les effets des bulles de gaz."

Pour faire ça, les chercheurs ont combiné les équations de Navier-Stokes, quelles sont les lois fondamentales qui régissent l'écoulement des fluides, avec la théorie de Ginzburg-Landau, qui décrivent des transitions de phase telles que le passage d'un liquide à un gaz. Les simulations ont révélé que le glissement de l'écoulement peut être causé par de minuscules microbulles qui se forment sur la paroi du tuyau. Les bulles, qui sont créés par les forces de cisaillement dans le fluide, échappent souvent à la détection dans la vie réelle car ils restent très petits.

"Nous avons constaté que les changements de densité qui accompagnent la variation de viscosité peuvent déstabiliser le système vers la formation de bulles. La formation en phase gazeuse induite par le cisaillement fournit une explication physique naturelle du glissement de l'écoulement, ", explique l'auteur principal Hajime Tanaka.

Dit Kurotani, « Les résultats de notre projet peuvent aider à concevoir de nouvelles canalisations qui transportent des fluides visqueux, comme le carburant et les lubrifiants, avec des pertes d'énergie beaucoup plus faibles."

L'ouvrage est publié dans Avancées scientifiques comme "Un nouveau mécanisme physique de glissement d'écoulement de liquide sur une surface solide."