倒瓶装置原理图（a）；瓶身几何形状（b）；典型压力信号与排空时间的概念评价（c）；视频推导出的排空时间与压力传感器信号关系（d）。
怎样才能尽快倒空装满液体的饮料瓶？印度理工学院鲁尔基分校（IITR* q ` R ) v j u H）的研究人员对这个问题进行了深入研究，获得的成果有望对饮料业等多个行业产生重要影响。
几个世纪以来，研究人员对气泡进行了广泛研究。例如，列奥纳多达芬奇曾有一个著名的发现：泳池内的气3 / { K ? W 5 F `泡是呈正弦曲线上$ s X o升的。
科学家们已经发现，瓶} h n -口气泡的k i O 5 T生长动态与液体的热物理性质、瓶体几何形状，以及倾倒角度有关系。此次，研究人员Lokesh Rohilla和Arup Kumar Das借助高速摄像机，研究了倒空瓶子过程中的气泡动力学。
图像分析使H 2 u他们能够概念化各种参数，如液膜厚度、气泡长宽比、上升速度和排空模式等。Rohilla说：“瓶子里面的气泡动力学太复杂了。为了分解难点，我们把气泡界面的生长划分成了不同的阶段。”
众所周知，如果增大瓶子的倾斜角，倒空瓶子的时间会缩短——这增加了气泡收缩频率，而增量取决于流体的热物理性质。Rohilla说：“我们g I C @ B的实验结果表明，倒出瓶中液体的过程存在临界倾斜角。超过临界角度，继续增加倾斜角度不会再缩短瓶子的排空时间。这是空隙饱和原因造成的——在瓶口处，液体F u k & O [ K I P周围的空气以h 0 7 A T [ $倾斜的角度占据了空间g f Q Q 2 @ :。”
Rohilla等确定了两种不同的倒瓶模式。在模式一中，高频捏除瓶内气泡，/ k D可加快排空速率。而在模式二中，排放速率的变化与被挤压气泡体积在低频下的增大有关v 9 o f m e g G o。Rohilla说：“我们还在倾倒垂直倒置的瓶子内的液体时，观察到了一种密封型气泡。与直k r % Q } q - E觉相反，密封型气泡在瓶口外存在‘掐断点’。对无粘性流~ f y ! ; O U体而言，由于几乎不存在内摩擦，会有‘喷射器’效果。而对粘t u X x : { f性流体而言，d a }完全不存在‘喷射器’效果，这就控制了气泡的周期性。”
Rohill - @ q 9 Pa| / 8等的Q O 0 7工作证实了热物理性质和瓶子的几何形状在缩短空瓶时s q 4间方面的作用。Das说：5 , 6 a / %“我们可以通过控制瓶U ? A 2子的几何形状，调整瓶子的排放模式。”饮料和化工等行业，有望从Rohill和D # -as的“瓶子几何形状新解”中获得潜在收p d 3 Z D [ [益。
编译：雷鑫宇 审稿：阿淼 责编：张梦
期刊来源：《流体物理学》
期刊编号：1070-6631
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2027 j % ) } 80/04/200407131438.htm
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