De levensduur van een vloeistofdruppel die in damp verandert, kan nu worden voorspeld dankzij een theorie die is ontwikkeld aan de Universiteit van Warwick. Het nieuwe begrip kan nu worden benut in een groot aantal natuurlijke en industriële omgevingen waar de levensduur van vloeistofdruppels het gedrag en de efficiëntie van een proces bepaalt.

Water dat verdampt tot damp maakt deel uit van ons dagelijks bestaan, het creëren van pluimen afkomstig van een kokende ketel en uitpuilende wolken als onderdeel van de waterkringloop van de aarde. Verdampende vloeistofdruppels worden ook vaak waargenomen, bijv. als de ochtenddauw van een spinnenweb verdwijnt, en zijn van cruciaal belang voor technologieën zoals verbrandingsmotoren met brandstofinjectie en geavanceerde verdampingskoelapparatuur voor elektronica van de volgende generatie.

Onderzoekers van het Mathematics Institute en de School of Engineering aan de University of Warwick hebben de paper "Lifetime of a Nanodroplet:Kinetic Effects &Regime Transitions, " gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , waarin ze de levensduur van een vloeistofdruppel onderzoeken.

Huidige theorieën stellen dat het kwadraat van de diameter van de druppel evenredig met de tijd afneemt (klassieke wet); echter, deze periode is slechts verantwoordelijk voor een klein deel van de evolutie van de druppel. Naarmate de diameter de niet-waarneembare micro- en nanoschaal nadert, moleculaire dynamica moeten worden gebruikt als virtuele experimenten en deze laten een overgang naar een nieuw gedrag zien, waarbij de diameter nu evenredig met de tijd kleiner wordt (wet op nanoschaal).

Onderzoek bij Warwick heeft aangetoond dat dit gedrag optreedt als gevolg van complexe fysica in de dampstroom, wat kan resulteren in temperatuursprongen over slechts een paar moleculen zo groot als 40 graden! Dit gedrag is contra-intuïtief voor onze dagelijkse ervaringen (op macroschaal), waar we gewend zijn aan relatief geleidelijk veranderende temperaturen, maar er moet rekening mee worden gehouden om de laatste stadia van het leven van een verdampende druppel nauwkeurig te voorspellen.

Prof Duncan Lockerby van de School of Engineering aan de Universiteit van Warwick merkt op:

"De belangrijkste prestatie hier is het vermogen van de theorie om snel de levensduur van de druppel te voorspellen en een modelleringskader te creëren dat de nauwkeurigheid handhaaft van typische technische schalen tot geavanceerde toepassingen op nanoschaal."

Dr. James Sprttles van het Mathematics Institute van de University of Warwick merkt op:

"Het is fascinerend dat intuïtie op basis van alledaagse waarnemingen een belemmering vormt bij pogingen om stromen op nanoschaal te begrijpen, zodat, zoals in dit onderzoek, men moet op theorie steunen om ons te verlichten."