研究发现香槟开瓶会产生超音速冲击波

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【大纪元2022年06月10日讯】(大纪元记者高文森编译报导)打开一瓶香槟,砰的一声,随之富含气泡的酒水喷洒而出,标志着庆典拉开了序幕。一份新研究发现,原来打开香槟酒的过程会在空气中产生超音速冲击波

研究人员第一次从流体力学的角度模拟了香槟酒开瓶的过程,分析了在第一毫秒内,瓶内的二氧化碳和液体的混合物在冲出瓶口的过程中,冲击波的形成、演变和消散。
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主要研究者之一法国雷恩第一大学(Université de Rennes 1)的罗伯特·乔治斯(Robert Georges)说:“希望我们的研究给其他研究人员提供有意思的线索,他们可能会把香槟酒瓶当作一个迷你实验室。”

他们的研究显示,香槟瓶盖被开启的最初阶段,气体混合物部分被瓶盖堵住,无法达到音速。随着瓶盖开口的增大,气体混合物迅速以音速逃逸,以连续发出普通冲击波和斜向冲击波的形式,快速达到和外界压力的平衡。

这两种波结合后形成了钻石型震波(shock diamond,也叫马赫环)——一种在火箭、喷气式发动机所喷出的超音速尾气中常见的波形。酒瓶对称的形态促成了冠状超音波的扩展。随着压力差的减小,最后,压力不足以把液体混合物以音速推出瓶颈和瓶盖。这个过程就结束了。

合作研究员法国兰斯大学(Université de Reims Champagne-Ardenne)的热拉尔·利格-贝莱尔(Gérard Liger-Belair)说:“我们的研究揭示了一瓶香槟酒被打开的时候所隐藏着的、惊人而美丽的动态波形。谁能想到,在生活中这样一个普通的过程之下,竟然隐藏着如此复杂和美丽的现象?”

研究人员计划继续探索像温度、体积、酒瓶瓶颈的直径以及这个过程所发生的物理化学反应等各项参数,对这个过程所起的影响。比如,人们没有注意到的是,在瓶盖开启的瞬间,由于压力的骤降导致温度骤降,一些液滴会瞬间结成冰晶。研究人员也想知道这些冰晶对超音波的影响。

这份研究5月17日发表于《流体物理学》(Physics of Fluids)期刊。◇#

责任编辑:叶紫微

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