De la « dentelle liquide » à la « Goutte Méduse », les chercheurs rivalisent pour obtenir la meilleure image de l'écoulement des fluides

Chaque année, lors de sa réunion annuelle, la Division de dynamique des fluides de l'American Physical Society parraine un concours pour les meilleures images dans diverses catégories, toutes liées à l'écoulement des fluides.

La galerie de cette année a été présentée lors de la 76e réunion de la Division en novembre à Washington, DC, avec 12 vidéos et images artistiques sélectionnées dans quatre catégories différentes. Voici quelques-uns des gagnants.

'Dentelle liquide'

Les imprimantes 3D polymères nécessitent un ajustement minutieux pour enrouler leur matériau sur un substrat. Déposer trop de polymère trop lentement peut entraîner des plis ou des bobines formant des motifs dans la disposition du fil, car une partie du fil s'accumule sur lui-même. S'empiler sur une bobine crépue existante peut entraîner des désordres et des instabilités structurelles (voir vidéo).

Ici, une équipe de l'Université de Princeton enregistre le motif lorsque trop peu de matériau est imprimé trop lentement. Le motif obtenu donne des couches ordonnées et stables, une sorte de « dentelle » avec des espaces dans une partie de la structure, utilisant moins de matière et rendant l'impression plus rapide.

Les espaces dans la dentelle peuvent être contrôlés par la hauteur de la couche et la vitesse d'impression, qui modifient la densité de la structure imprimée finale. Regardez la vidéo tout en écoutant la Sonate pour violon n°2 en la mineur de Bach.

« Lâchez Méduse »

L'induction de vibrations dans une petite goutte de liquide en apesanteur crée un motif surprenant de « jets » et de « cratères » qui ressemblent un peu à l'enveloppe d'une graine de châtaignier.

Ces chercheurs, qui ont créé cette image à partir de simulations numériques, la comparent aux cheveux de Méduse, la déesse grecque qui transformait les spectateurs en pierre. C'est pourquoi ils appellent leur image la “Drop Medusa” (montrée au début de cet article).

Les vibrations radiales de haute amplitude à une fréquence régulière de 1040 Hertz conduisent à des ondes chaotiques et non linéaires où les superpositions d'ondes créent l'effet de jet et de cratère lorsque la goutte éclate.

'Hydroélastique'

Pour illustrer l'interaction entre l'hydrodynamique et l'élasticité (« hydroélasticité »), ce groupe a photographié des objets tombés sur une surface d'eau liquide. Si l’objet pénètre dans l’eau à une vitesse suffisante, une cavité d’air se forme autour de lui, sous la surface.

Habituellement, cette cavité a des parois lisses, mais pour certains impacteurs, la force de l'impact crée des vibrations qui laissent un nid de curieuses ondulations ou ondulations le long des parois de la cavité aérienne. Comprendre cette interaction pourrait, comme l'écrivent les auteurs, « avoir des implications pour les plongeurs biologiques ou les structures navales et aérospatiales ».

Dynamique de propagation du gel

Des gouttelettes d'eau se forment lorsque l'humidité entre en contact avec une surface froide, appelées « figures respiratoires ». Les gouttelettes fusionnent en gouttelettes plus grosses, de nouvelles gouttelettes plus petites se formant dans les espaces vides qui les séparent. Dans cette vidéo, un refroidissement soudain de la surface sous-jacente montre les gouttelettes gelant et libérant de la chaleur latente, observées avec une caméra infrarouge.

Les gouttelettes gèlent à partir de la surface ; le givre se propage à la surface des figures de condensation d'eau en gelant les gouttelettes individuelles et en formant des ponts de glace entre elles, se terminant par une charmante pointe au sommet des gouttelettes gelées. La vidéo ici montre certaines des belles caractéristiques et mouvements.

D’autres entrées de galerie peuvent être trouvées ici. L'exposition « Travelling Gallery of Fluid Motion », présentée par l'American Physical Society — Division of Fluid Dynamics, peut être vue dans le cadre du programme culturel de la National Academy of Sciences (CPNAS) du 2 octobre 2023 au 23 février 2024. Intitulé « Chaosmosis : Assigning Rhythm to the Turbulent », il se trouve au 2101 Constitution Ave., NW, Washington, DC, National Academy of Sciences Building, Upstairs Gallery.

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