“麦片效应”启发科学家开发出一种更高效的集水系统

你知道当你把牛奶倒入一碗早餐麦片中时,漂浮的麦片凝结成团?在流体力学中,这种现象被称为”麦片效应”,它启发人们开发出一种独特但更高效的集水系统,在干旱地区尤其有用。

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沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的研究人员在表面上涂上一层润滑油膜,发现它能使水滴更快地结合,类似于”麦片效应”。

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领导这项研究的马库斯-林说:”我们对设计能促进水凝结的表面很感兴趣,水凝结具有重要的传热和集水应用价值。想想水在冰冷的汽水罐上凝结的情形。水滴只有长到足够大,重力把它们拉下来才能移动。”

研究人员认为,添加一层薄薄的油膜可以润滑表面,使水滴移动得更快,为水滴的进一步凝结腾出空间,从而提高凝结率。这确实奏效了。但水滴的反应却让他们大吃一惊。

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他们观察到,大小从几十微米到几毫米不等的凝结水珠自发地跳起了复杂的集体”舞蹈”。液滴以蛇形方式运动,直到润滑剂耗尽,才转为圆周运动。当移动的液滴不断在表面重新分配润滑剂时,它们又重新开始了曲折的舞蹈。

林说:”它们最初以蛇形方式运动,然后过渡到圆周运动,然后再返回。这些运动的尺度从微米到几厘米不等,持续时间长达数小时。”

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就像牛奶中的麦片一样,油中的冷凝液滴也会被邻近的液滴吸引。较大的液滴在与路径上较小的液滴合并时释放出的能量推动了它们的自我推进。

研究人员说,随着淡水资源的压力越来越大,能够通过简单的冷凝从空气中有效捕捉水而不需要输入能量的装置受到广泛推崇。这在沙特阿拉伯等干旱地区尤为重要。

林说:”通过优化冷凝液滴的集体运动,我们可以大大提高冷凝率,从而设计出更高效的集水系统。”

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研究人员计划进一步探索水滴复杂舞动的驱动因素,特别是从蛇形运动到圆形运动的转变。

这项研究发表在《物理评论快报》杂志上。

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