Mönsterutveckling under termisk konvektion i en blandning av två silikonoljor, med viskositeter 1cs och 100cs. En orörlig region bildas och det makroskopiska flödet av hela systemet förändras drastiskt. Eftersom temperaturberoendet av viskositet är mycket litet, en pelarformad stillastående domän bildas över hela området där vätskan väller uppåt. Kredit:Kazuya U. Kobayashi och Rei Kurita
Forskare från Tokyo Metropolitan University, har nyligen upptäckt ovanlig termisk konvektion i en enhetlig blandning av hög- och lågviskösa vätskor. Kobayashi och Kurita fann att koncentrationsfluktuationer förstärks av termisk konvektion när de två vätskorna har en stor viskositetsskillnad. Sådana blandningar observeras överallt i naturen, dagligt liv, och tillverkningsprocesser t.ex. mantelkonvektion, sirap, polymerprodukter. Dessa resultat lovar ytterligare insikt i icke-jämviktsfenomen i flytande blandningar med kontrasterande "tjocklek".
När en vätska värms upp underifrån, termisk konvektion drivs vanligtvis av en densitetsskillnad. Kobayashi och Kurita fann att orörliga regioner övergående bildas under termisk konvektion i välblandade tvåkomponentsvätskor med stor viskositetsskillnad. De undersökte konvektionsmönstren och dynamiken med hjälp av flera olika kombinationer av vätskor. De drog slutsatsen att viskositetsskillnaden är en av de viktigaste faktorerna för bildandet av dessa statiska regioner. Detta tyder på att viskositetsskillnaden spelar en viktig roll i icke-jämviktsfenomen i vätskeblandningar, som i konvektionsdynamiken i manteln, blandningsprocesser i polymerlösningar, etc.
Forskargruppen Kazuya U. Kobayashi (doktorand) och Rei Kurita (docent) är specialiserade på experimentella studier av termisk konvektion. 2015, de upptäckte bildandet av en övergående stillastående domän i en gelatinlösning nära sol-gel (vätska-fast) övergången. I det här arbetet, de identifierade det kritiska tillståndet som krävs för fenomenet med hjälp av flera olika typer av vätska:de drog slutsatsen att den stillastående domänen vanligtvis bildas när blandningen har en stor viskositetsskillnad. Prof. Kurita noterar att "även om detta ovanliga fenomen endast observeras vid termisk konvektion, Viskositetsskillnaden mellan komponenterna bör spela en viktig roll i vätskeblandningarnas dynamik, såsom vid mantelkonvektion, blandningsprocesser, etc." Rapporten har stora löften för framsteg i vår förståelse av vätskedynamik, geovetenskaper, och meteorologi.
Denna studie stöddes av Grants-in-Aid for Scientific Research från Japan Society for the Promotion of Science. Manuskriptet som rapporterar detta fynd har publicerats online i Vetenskapliga rapporter .
