为什么咖啡渍的边缘一圈总是深色的?
长期以来,没人知道答案。
然而,二十年前在芝加哥,科学家们正处于找到答案的边缘。来自佳能的流体力学专家Detlef Lohse当时在芝加哥工作,他生动地记住了那时的氛围。
‘咖啡渍问题’已成为物理学中的标志性问题。它吸引了来自各个领域的科学家。
这些人共同找到了答案:撒出的咖啡边上的液体蒸发会引发液体内部的流动,从而将所有咖啡颗粒带到边缘。
这个里程碑式的研究,开辟了许多新的研究问题,并对从涂料制造商到分子生物学各种行业都具有非常实际的意义。
湍流研究,比探索恒星还要难
Lohse自己的大部分研究重点,都集中在最初引起他读博士兴趣的领域:湍流。
湍流,时而被称为古典物理学中最后一个尚未解决的主要问题。这几乎不是一个新的研究领域。最早尝试描述它的人之一,是达芬奇,他绘制了一组素描,站在佛罗伦萨的一座桥上,被下方的亚诺河中的涡旋所吸引。
Lohse说,湍流令人着迷的是,乍一看,这根本不是一个谜。
湍流的基本方程式已经有150多年的历史了。然而,对于任何特定问题,实际上求解这些方程都是极其复杂的。湍动越强,就变得越困难。
正如该领域的另一位权威人士曾经指出:
如今的科学家相比准确预测管道中液体的湍流,更容易去解释恒星的结构。
但是,Lohse强调说,这只是他所在领域众多重大问题之一。
流体动力学的相关问题非常丰富。这与高能物理不同:在某段时间内,每个人都在寻找希格斯玻色子。流体动力学没有重大的中心谜团。相反,我们有一系列连续的特定问题和现象,每一个都有各自的挑战
CFD计算可以帮助我们掌握这些系统中工作机制的本质。
喷墨打印流体力学,更快的打印机
我们通过流体力学研究喷墨打印开始于90年代初期。
喷墨打印流体动力学教授Herman Wijshoff回忆说。
更好的理解喷墨打印的流体力学行为,可以使得打印机工作得更快
都专注于流体力学,Wijshof和他的同事与学术科学家紧密合作,以便真正专注于喷墨打印的技术研发。
我们需要更好地掌握液滴和流体的行为以及力学原理。例如,物质如何在不同的表面和基材上流动,或者材料特性会对其有何影响?
过去,很多研究都是基于反复试验。CFD仿真使得我们大大减少实验数量。我们喜欢称之为基于模型的设计,这对于取得成功至关重要。
研究小组揭示了夹带到压电墨水通道中的气泡的干扰作用,并为此开发了解决方案。
与特温特大学和埃因霍温大学一起,我们主要研究墨滴形成,以及墨水或更复杂的液体与不同类型的底材之间的相互作用。这项研究将帮助我们使喷墨打印更快,更准确,并开发喷墨技术的新应用。
今天,我们的愿景驱使我们突破技能和技术的限制,开发美观、有影响力和高生产率的打印应用程序。
明天,我们的雄心将驱使我们将卓越的喷射技术应用于墨水以外的液体和纸张以外的介质,将印刷从信息技术,发展成为制造工具。我们可以畅想,该如何处理印刷的飞机部件、珠宝、太阳能电池板、巧克力甚至医疗植入物。
佳能所有的合作都专注于流体力学,也就是在喷墨的过程中,流体是如何运动的,并对其尽心更精准控制。
佳能认为,当下是流体力学研究的黄金时期。流体力学,正在改变我们的世界。
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