Исследователи из Австрийского института науки и технологий продемонстрировали, как импульсная накачка может снизить трение и энергопотребление при транспортировке жидкостей в трубах. В основе технологии — имитация работы сердечно-сосудистой системы.
Как и любая часть нашего тела, человеческое сердце формировалось в результате миллионов лет эволюции. В отличие от обычных механических насосов, которые создают постоянный поток жидкости, сердце пульсирует. Нам было любопытно, есть ли преимущества у этой своеобразной формы движения.
Бьорн Хоф, профессор Австрийского института науки и технологий и соавтор исследования
Для исследования инженеры создали несколько экспериментальных установок, используя прозрачные трубы разной длины и диаметра, по которым перекачивали воду. Они наблюдали за турбулентностью — формированием завихрений и водоворотов, которые создают сильное трение между жидкостью и стенками трубы. Исследователи сделали турбулентность видимой, добавив в воду крошечные отражающие частицы и просветив лазером через прозрачную трубу.
Иллюстрация устранения турбулентности при пульсирующем режиме работы насоса. Изображение: Thomas Zauner, ISTA
Инженеры протестировали несколько режимов пульсирующей накачки. В обычных условиях пульсация увеличивает сопротивление и энергию, затрачиваемую насосом. Тогда исследователи добавили между импульсами короткую фазу покоя, как в сердце. Благодаря этим фазам покоя между импульсами количество турбулентности в трубе резко уменьшилось.
Пульсирующие перекачивающие движения, подобные человеческому сердцу, снизили среднее трение на 27% и потребление энергии на 9%. Исследователи отмечают, что почти 20% мировой электроэнергии используется для перекачки жидкостей — от нефте- и газопроводов до систем водоснабжения. Замена насосов для использования пульсирующей технологии потребует финансирования, но конечный эффект должен превзойти затраты.
