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沖繩科學(xué)技術(shù)研究所(OIST)和米蘭理工大學(xué)之間的合作發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流體以間歇方式通過管道泵送時(shí)，運(yùn)輸成本會(huì)顯著降低。

在他們最近發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上的概念驗(yàn)證研究中，研究人員使用數(shù)值模擬表明，當(dāng)他們定期打開和關(guān)閉泵時(shí)，流體流動(dòng)會(huì)在湍流和層流狀態(tài)之間不斷轉(zhuǎn)變。這降低了高達(dá)22%的能源成本——研究人員表示這個(gè)數(shù)字可以進(jìn)一步優(yōu)化。

層流，就像您慢慢打開水龍頭時(shí)看到的那種，流暢、流線型且節(jié)能。另一方面，湍流，例如水龍頭開足馬力時(shí)的湍流，是混亂且浪費(fèi)能源的。

“如果你將墨水注入層流，你會(huì)看到一條清晰的墨水線沿著管道向下移動(dòng)，但在湍流中，墨水會(huì)隨著每個(gè)流體粒子采用不可預(yù)測的路徑而擴(kuò)散。這種小規(guī)模的混亂運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致大量能量流失，”第一作者、現(xiàn)任博士GiulioFoggiRota解釋道。復(fù)雜流體和流動(dòng)單元的學(xué)生?！皩恿魇橇黧w傳輸?shù)睦硐脒x擇，但當(dāng)粘性流體快速移動(dòng)并大范圍移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自然會(huì)向湍流狀態(tài)演化?！?/p>

減少湍流，從而降低通過管道輸送流體的成本，可以帶來許多經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。流體的運(yùn)輸占燃料最終成本的很大一部分，因此發(fā)達(dá)國家可以更便宜地過渡到液態(tài)氫。對(duì)于尚無法轉(zhuǎn)向綠色能源的發(fā)展中國家，石油和天然氣可能成為比木柴更實(shí)惠的能源替代品，木柴的使用會(huì)導(dǎo)致森林砍伐并產(chǎn)生比化石燃料更多的有害污染物。

在這項(xiàng)研究中，研究人員創(chuàng)建了一個(gè)代碼，當(dāng)在強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，該代碼能夠模擬標(biāo)準(zhǔn)化的湍流。

科學(xué)家們運(yùn)行了不同的場景，改變了泵開啟的持續(xù)時(shí)間、泵的強(qiáng)度(它加速流體的速度)以及每個(gè)開關(guān)泵循環(huán)的總時(shí)間長度。

他們發(fā)現(xiàn)長周期的特征是短而強(qiáng)烈的泵快速加速流體流動(dòng)，然后是泵關(guān)閉和流體減速的長階段，最適合將流體保持在類似層流的狀態(tài)最長的時(shí)間。

對(duì)于下一步，研究人員希望嘗試更好地理解湍流狀態(tài)和類層流狀態(tài)之間反復(fù)轉(zhuǎn)變的物理原理。

MarcoEdoardoRosti教授說：“如果我們能夠更全面地了解為什么流體會(huì)因不穩(wěn)定的泵送而表現(xiàn)得像它那樣，那么我們將更接近于找出節(jié)省最多能量的最佳泵送策略?！?誰領(lǐng)導(dǎo)OIST復(fù)雜流體和流動(dòng)單元。

關(guān)鍵詞： 研究人員 粘性流體 進(jìn)一步優(yōu)化