扩展液体运动的基本原理

从从窗户上滚落的雨滴，到新冠病毒快速测试中流动的液体，我们不能一天不观察流体动力学的世界。当然，液体如何穿过表面是一个深入研究的课题，其中的新发现可以对能量转换技术、电子冷却、生物传感器和微/纳米制造领域产生深远的影响。

现在，九州大学工程学院的研究人员利用数学建模和实验，扩展了流体动力学的基本原理。他们的新发现可能会导致许多液体行业(例如高端电子制造和芯片实验室疾病诊断)的产品开发更加高效。

“我们生活在一个永远存在的液体和流动的世界中，”助理教授王振英解释道，他是发表在《流体动力学杂志》上的这项研究的第一作者。 “几十年来，科学家们一直努力从数学上描述看似简单的液体流动和扩散现象。例如，坦纳定律描述了水滴如何随着时间的推移在固体表面上扩散。”

然而，这些方程仍然不完整。即使是经典的坦纳定律也只适用于油等非挥发性液体。当涉及到水、酒精和香水等挥发性液体时，由于空气、液体和表面之间的热力学作用，该定律变得不太可靠。

“因此，我们研究了当前的定律，希望能够扩展我们对挥发性液体动力学的理解，”王继续说道。“我们首先从数学上引入参数，这些参数反映了挥发性液体在类似条件下如何反应，当时坦纳定律已经推导出来了。”

该团队与爱丁堡大学的 Prashant Valluri 和塞萨洛尼基亚里士多德大学的 George Karapetsas 合作，进行了一系列实验，仔细成像挥发性液体的运动和热力学。这两种方法使研究人员能够扩展已建立的流体动力学原理，并将挥发性液体与表面和空气相互作用的物理原理组合成更加多样化的图景。

该论文的合著者 Chihiro Inoue 副教授解释道：“这项工作描绘了大量的真实案例，并描绘了一幅更完整的液体动力学图景，而这不能简单地用坦纳定律来解释。”

“在更实际的层面上，这些结果可能在各种基于液体的行业中发挥重要作用，例如在电子设备和其他能源设备的冷却中。流体动力学的世界可能非常细致，但需要仔细检查如果我们希望破译我们周围的基本流动。”