Livslängden för en vätskedroppe som omvandlas till ånga kan nu förutsägas tack vare en teori som utvecklats vid University of Warwick. Den nya förståelsen kan nu utnyttjas i en myriad av naturliga och industriella miljöer där livslängden för vätskedroppar styr en processs beteende och effektivitet.

Vatten som avdunstar till ånga är en del av vår dagliga tillvaro, skapar plymer som kommer från en kokande vattenkokare och utbuktande moln som en del av jordens vattenkretslopp. Förångande vätskedroppar observeras också ofta, t.ex. när morgondaggen försvinner från ett spindelnät, och är avgörande för teknologier som bränsleinsprutande förbränningsmotorer och avancerade evaporativa kylanordningar för nästa generations elektronik.

Forskare från Mathematics Institute och School of Engineering vid University of Warwick har haft uppsatsen "Lifetime of a Nanodroplet:Kinetic Effects &Regime Transitions, " publicerad i tidskriften Fysiska granskningsbrev , där de utforskar livslängden för en vätskedroppe.

Aktuella teorier säger att droppens diameter i kvadrat minskar i proportion med tiden (klassisk lag); dock, denna period står bara för en liten del av droppens utveckling. När diametern närmar sig den oobserverbara mikro- och nanoskalan, molekylär dynamik måste användas som virtuella experiment och dessa visar en övergång till ett nytt beteende, med diametern som nu minskar i proportion till tiden (lag på nanoskala).

Forskning vid Warwick har visat att detta beteende uppstår på grund av komplex fysik i ångflödet, vilket kan resultera i temperaturhopp över bara några få molekyler så stora som 40 grader! Detta beteende är kontraintuitivt för våra dagliga upplevelser (på makroskalan), där vi är vana vid att temperaturen förändras relativt gradvis, men måste redovisas för att exakt förutsäga de sista stadierna av en avdunstande droppes liv.

Prof Duncan Lockerby från School of Engineering vid University of Warwick kommenterar:

"Den huvudsakliga prestationen här är teorins förmåga att snabbt förutsäga droppens livslängd och skapa ett modelleringsramverk som bibehåller noggrannhet från typiska tekniska skalor ner till banbrytande nanoskalaapplikationer."

Dr James Sprittles från Mathematics Institute vid University of Warwick kommenterar:

"Det är fascinerande att intuition baserad på vardagliga observationer är ett hinder när man försöker förstå flöden i nanoskala, så att, som i denna forskning, man måste stödja sig på teori för att upplysa oss."