Flasktömning är ett fenomen de flesta av oss har observerat när vi häller upp en dryck. Forskare från Indian Institute of Technology Roorkee upptäckte hur man gör flaskor tömda snabbare, som har omfattande konsekvenser för många områden utanför dryckesindustrin.

Bubblor har studerats mycket i århundraden, inklusive tidiga ansträngningar av Leonardo da Vinci som berömt noterade den sinusformade ökningen av bubblor i en pool. Tillväxtdynamiken för bubblor vid mynningen av en flaska beror på vätskans termofysiska egenskaper, flaskans geometri och dess lutningsvinkel. Dessa oupplösligt sammanflätade parametrar har gjort flasktömningsdynamiken till nästa gräns för bubbelfysiker.

I veckans Vätskors fysik , Lokesh Rohilla och Arup Kumar Das utforskar detta flasktömningsfenomen ur bubbeldynamikens perspektiv på en kommersiell flaska genom att använda höghastighetsfotografering. Bildanalys gjorde det möjligt för dem att konceptualisera olika parametrar, såsom tjocklek på vätskefilm, bubbla bildförhållande, höjningshastighet och flasktömningslägen.

"Bubblans dynamik inuti flaskan är för komplex för att studera, så vi delade upp bubblans gränssnittstillväxt i olika stadier för att förstå dem, sa Rohilla.

Det är välkänt att en flaskas tömningstid går snabbare om du ökar dess lutningsvinkel. Detta ökar vad som kallas bubble pinch off-frekvens, och den relativa ökningen beror på fluidens termofysiska egenskaper.

"Våra experiment tyder på att det finns en kritisk lutningsvinkel, varefter ytterligare ökning av flaskans lutning inte kommer att leda till ytterligare minskning av flasktömningstiden, " sade Rohilla. "Detta inträffar på grund av att tomrummet är mättat, utrymme som upptas av luft i vätska som omger, vid flaskans mynning med lutningsvinkeln."

Två distinkta flasktömningslägen identifierades. I ett läge, urladdningshastigheten ökar på grund av en högfrekvent nypning av luftbubblor inuti flaskan. I det andra läget, det orsakas av en ökning av volymen av den avklämda bubblan med en jämförelsevis lägre frekvens.

"Vi har också observerat en inkapslad bubbla när vi släpper ut vätska i en vertikalt upphöjd flaska, " Sa Rohilla. "Inkapslade bubblor har klämställen utanför flaskans mun, tvärtemot intuitionen. Närvaron av en våldsam ejektorstråle i inviscid vätskor, där vätskan blir tunn på grund av nästan ingen inre friktion, och dess fullständiga frånvaro i viskösa vätskor styr bubblornas periodicitet."

Detta arbete bevisar att flaskans geometri och termofysiska egenskaper spelar en roll för att minska tiden det tar för en flaska tom.

"Vi kan manipulera flasktömningsmönstret genom att manipulera flaskans geometri, ", sa Das. "En intuitiv produktspecifik flaskdesign kommer att möjliggöra bättre kontroll över dess utmatningshastighet."

Dryckesindustrin och kemiska fabriker är bland de applikationer som kommer att dra nytta av denna bättre förståelse av flaskgeometri.