Le vidage des bouteilles est un phénomène que la plupart d'entre nous ont observé en versant une boisson. Des chercheurs de l'Indian Institute of Technology Roorkee ont découvert comment vider les bouteilles plus rapidement, qui a de vastes implications pour de nombreux domaines au-delà de l'industrie des boissons.

Les bulles ont été étudiées de manière approfondie pendant des siècles, y compris les premiers efforts de Léonard de Vinci qui a noté la montée sinusoïdale des bulles dans une piscine. La dynamique de croissance des bulles au goulot d'une bouteille dépend des propriétés thermophysiques du fluide, la géométrie de la bouteille et son angle d'inclinaison. Ces paramètres inextricablement liés ont fait de la dynamique de vidange des bouteilles la prochaine frontière pour les physiciens des bulles.

Dans cette semaine Physique des fluides , Lokesh Rohilla et Arup Kumar Das explorent ce phénomène de vidange de bouteille du point de vue de la dynamique des bulles sur une bouteille commerciale en utilisant la photographie à grande vitesse. L'analyse d'images leur a permis de conceptualiser divers paramètres, telles que l'épaisseur du film liquide, rapport hauteur/largeur de la bulle, vitesse de montée et modes de vidage des bouteilles.

"La dynamique des bulles à l'intérieur de la bouteille est trop complexe à étudier, nous avons donc divisé la croissance interfaciale de la bulle en différentes étapes pour les comprendre, " dit Rohilla.

Il est bien connu que le temps de vidange d'une bouteille est plus rapide si vous augmentez son angle d'inclinaison. Cela augmente ce qu'on appelle la fréquence de pincement des bulles, et l'incrément relatif dépend des propriétés thermophysiques du fluide.

"Nos expériences suggèrent qu'il existe un angle d'inclinaison critique, après quoi toute augmentation supplémentaire de l'inclinaison de la bouteille n'entraînera pas de réduction supplémentaire du temps de vidange de la bouteille, " dit Rohilla. " Cela se produit en raison de la saturation du vide, espace occupé par l'air dans le liquide environnant, à l'embouchure de la bouteille avec l'angle d'inclinaison."

Deux modes distincts de vidange des flacons ont été identifiés. Dans un seul mode, le taux de décharge est augmenté en raison d'un pincement à haute fréquence des bulles d'air à l'intérieur de la bouteille. Dans l'autre mode, elle est causée par une augmentation de volume de la bulle pincée à une fréquence comparativement plus faible.

"Nous avons également observé une bulle encapsulée lors de la décharge de fluide dans une bouteille renversée verticalement, " a déclaré Rohilla. " Les bulles encapsulées ont des sites de pincement à l'extérieur de la bouche de la bouteille, contrairement à l'intuition. La présence d'un violent jet d'éjection au sein de fluides non visqueux, dans lequel le liquide devient mince en raison de presque aucun frottement interne, et son absence totale dans les fluides visqueux contrôle la périodicité des bulles."

Ce travail prouve que la géométrie de la bouteille et les propriétés thermophysiques jouent un rôle dans la réduction du temps nécessaire pour qu'une bouteille se vide.

"Nous pouvons manipuler le modèle de décharge de la bouteille en manipulant la géométrie de la bouteille, " a déclaré Das. " Une conception intuitive de la bouteille spécifique au produit permettra un meilleur contrôle de son taux de décharge. "

L'industrie des boissons et les usines chimiques font partie des applications qui bénéficieront de cette meilleure compréhension de la géométrie des bouteilles.