Dalle gocce di pioggia che cadono dalla finestra, al fluido che scorre attraverso un test rapido COVID, non possiamo passare un giorno senza osservare il mondo della fluidodinamica. Naturalmente, il modo in cui i liquidi attraversano e attraversano le superfici è un argomento molto studiato, dove le nuove scoperte possono avere effetti profondi nei campi della tecnologia di conversione dell'energia, del raffreddamento dei componenti elettronici, dei biosensori e delle micro/nanofabbricazioni.
Ora, utilizzando modelli matematici e sperimentazioni, i ricercatori della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Kyushu hanno ampliato un principio fondamentale della dinamica dei fluidi. Le loro nuove scoperte potrebbero portare a uno sviluppo di prodotti più efficiente in molti settori basati sui liquidi, come la produzione di componenti elettronici di fascia alta e la diagnosi di malattie lab-on-a-chip.
"Viviamo in un mondo sempre presente di liquidi e flussi", spiega il professore assistente Zhenying Wang, il primo autore dello studio pubblicato sul Journal of Fluid Dynamics . "Nel corso dei decenni, gli scienziati hanno compiuto sforzi per descrivere matematicamente i fenomeni apparentemente semplici del flusso e della diffusione dei liquidi. Ad esempio, la legge di Tanner descrive come una goccia d'acqua si diffonde su una superficie solida nel tempo."
Tuttavia, queste equazioni rimangono incomplete. Anche la classica legge di Tanner è valida solo per liquidi non volatili come l'olio. La legge diventa meno affidabile quando si tratta di liquidi volatili come acqua, alcol e profumi a causa della termodinamica che entra in gioco tra l'aria, il liquido e la superficie.
"Pertanto, abbiamo esaminato le leggi attuali nella speranza di ampliare la nostra comprensione delle dinamiche dei liquidi volatili", continua Wang. "Abbiamo iniziato introducendo matematicamente parametri che riflettono il modo in cui i liquidi volatili reagiscono in condizioni simili quando è stata derivata la legge di Tanner."
Il team, in collaborazione con Prashant Valluri dell’Università di Edimburgo e George Karapetsas dell’Università Aristotele di Salonicco, ha poi condotto una serie di esperimenti immaginando attentamente il movimento e la termodinamica dei liquidi volatili. Questi due approcci hanno permesso ai ricercatori di ampliare i principi fluidodinamici consolidati e di mettere insieme un quadro più diversificato della fisica dei liquidi volatili che interagiscono con una superficie e l'aria.
"Il lavoro qui descrive una vasta gamma di casi reali e disegna un quadro più completo della dinamica dei liquidi che non può essere spiegata semplicemente dalla legge di Tanner", spiega il coautore dell'articolo, il professore associato Chihiro Inoue.
"A un livello più pratico, questi risultati potrebbero svolgere un ruolo significativo in varie industrie basate sui liquidi, ad esempio nel raffreddamento di dispositivi elettronici e altri dispositivi energetici. Il mondo della fluidodinamica può essere molto meticoloso, ma è necessario un attento esame se speriamo di decifrare i flussi fondamentali intorno a noi."
