倒瓶裝置原理圖（a）；瓶身幾何形狀（b）；典型壓力信號與排空時間的概念評價（c）；視頻推導出的排空時間與壓力傳感器信號關係（d）。
怎樣才能儘快倒空裝滿液體的飲料瓶？印度理工學院魯爾基分校（IITR）的研究人員對這個問題進行了深入研究，獲得的成果有望對飲料業等多個行業產生重要影響。
幾個世紀以來，研究人員對氣泡進行了廣泛研究。例如，列奧納多·達芬奇曾有一個著名的發現：泳池內的氣泡是呈正弦曲線上升的。
科學家們已經發現，瓶口氣泡的生長動態與液體的熱物理性質、瓶體幾何形狀，以及傾倒角度有關係。此次，研究人員Lokesh Rohilla和Arup Kumar Das藉助高速攝像機，研究了倒空瓶子過程中的氣泡動力學。
圖像分析使他們能夠概念化各種參數，如液膜厚度、氣泡長寬比、上升速度和排空模式等。Rohilla說：“瓶子裡面的氣泡動力學太複雜了。為了分解難點，我們把氣泡界面的生長劃分成了不同的階段。”
眾所周知，如果增大瓶子的傾斜角，倒空瓶子的時間會縮短——這增加了氣泡收縮頻率，而增量取決於流體的熱物理性質。Rohilla說：“我們的實驗結果表明，倒出瓶中液體的過程存在臨界傾斜角。超過臨界角度，繼續增加傾斜角度不會再縮短瓶子的排空時間。這是空隙飽和原因造成的——在瓶口處，液體周圍的空氣以傾斜的角度佔據了空間。”
Rohilla等確定了兩種不同的倒瓶模式。在模式一中，高頻捏除瓶內氣泡，可加快排空速率。而在模式二中，排放速率的變化與被擠壓氣泡體積在低頻下的增大有關。Rohilla說：“我們還在傾倒垂直倒置的瓶子內的液體時，觀察到了一種密封型氣泡。與直覺相反，密封型氣泡在瓶口外存在‘掐斷點’。對無粘性流體而言，由於幾乎不存在內摩擦，會有‘噴射器’效果。而對粘性流體而言，完全不存在‘噴射器’效果，這就控制了氣泡的週期性。”
Rohilla等的工作證實了熱物理性質和瓶子的幾何形狀在縮短空瓶時間方面的作用。Das說：“我們可以通過控制瓶子的幾何形狀，調整瓶子的排放模式。”飲料和化工等行業，有望從Rohill和Das的“瓶子幾何形狀新解”中獲得潛在收益。
編譯：雷鑫宇 審稿：阿淼 責編：張夢
期刊編號：1070-6631
原文鏈接：https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200407131438.htm
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