Evoluzione del disegno durante la convezione termica in una miscela di due oli di silicone, con viscosità 1cs e 100cs. Si forma una regione immobile e il flusso macroscopico dell'intero sistema cambia drasticamente. Poiché la dipendenza dalla temperatura dalla viscosità è molto piccola, un dominio stagnante a forma di pilastro si forma su tutta la regione dove il fluido scorre verso l'alto. Credito:Kazuya U. Kobayashi e Rei Kurita
Ricercatori della Tokyo Metropolitan University, hanno recentemente scoperto un'insolita convezione termica in una miscela uniforme di liquidi ad alta e bassa viscosità. Kobayashi e Kurita hanno scoperto che le fluttuazioni di concentrazione sono aumentate dalla convezione termica quando i due liquidi hanno una grande differenza di viscosità. Tali miscele sono ubiquitariamente osservate in natura, vita quotidiana, e processi di produzione, ad es. convezione del mantello, sciroppo, prodotti polimerici. Questi risultati promettono ulteriori informazioni sui fenomeni di non equilibrio nelle miscele fluide con "spessore" contrastante.
Quando un fluido viene riscaldato dal basso, la convezione termica è solitamente guidata da una differenza di densità. Kobayashi e Kurita hanno scoperto che le regioni immobili si formano transitoriamente durante la convezione termica in liquidi a due componenti ben miscelati con una grande differenza di viscosità. Hanno studiato i modelli e le dinamiche di convezione utilizzando diverse combinazioni di liquidi. Hanno concluso che la differenza di viscosità è uno dei fattori più importanti per la formazione di queste regioni statiche. Ciò suggerisce che la differenza di viscosità gioca un ruolo importante nel fenomeno di non equilibrio nelle miscele fluide, come nella dinamica della convezione nel mantello, processi di miscelazione in soluzioni polimeriche, eccetera.
Il gruppo di ricerca di Kazuya U. Kobayashi (dottorando) e Rei Kurita (professore associato) è specializzato in studi sperimentali sulla convezione termica. Nel 2015, hanno scoperto la formazione di un dominio stagnante transitorio in una soluzione di gelatina vicino alla transizione sol-gel (fluido-solido). In questo lavoro, hanno identificato la condizione critica richiesta per il fenomeno utilizzando diversi tipi di fluido:hanno concluso che il dominio stagnante si forma generalmente quando la miscela presenta una grande differenza di viscosità. Il prof. Kurita osserva che "sebbene questo fenomeno insolito si osservi solo nella convezione termica, la differenza di viscosità tra i componenti dovrebbe svolgere un ruolo importante nella dinamica delle miscele fluide, come nella convezione del mantello, processi di miscelazione, ecc." Il rapporto è molto promettente per il progresso nella nostra comprensione della dinamica dei fluidi, Scienze della Terra, e meteorologia.
Questo studio è stato sostenuto da Grants-in-Aid for Scientific Research della Japan Society for the Promotion of Science. Il manoscritto che riporta questa scoperta è stato pubblicato online in Rapporti scientifici .
