混合两种液体在生活中司空见惯，我们会将牛奶倒入咖啡，将奶油加入烘烤蛋糕，在制造水泥的过程中，也免不了混合搅拌，甚至在追踪地球海洋中的塑料碎片时，了解液体混合的细节都很重要。
制作咖啡时，我们有时会用到一种圆形的搅拌器，面点师也会用到各种打蛋器，工业家则会用各种形状的搅拌器，有时还需要许多个。
将两种液体混合，从而创造一种同质溶液，这个看似简单的过程对人类至关重要。但什么才是混合的最佳方法呢？
最近一项新研究表明，我们可能都“搅错了”。
在这项研究中，马克西米兰·埃戈尔（Maximilian Eggl）和彼得·施密德（Peter Schmid）两位科学家希望探索一下，他们是否能找到一种更普遍的方法，有效地混合两种流体。
他们利用超级计算机模拟，发现搅拌器的形状和搅拌速度会影响液体混合的过程。在发表于《物理评论·流体》的论文中，描述了在创建模拟时考虑的因素，以及发现的最有效的策略。
模拟两种液体的混合
研究从一个简单的模拟开始，一个从中分开的圆柱体容器里，其中有两种纯溶液，还有两个搅拌器，每种溶液中一个。模拟显示了当搅拌器围绕圆柱体以恒定速度移动时，两种液体是如何混合的。
模型的初始状态，一个圆柱体容器里有两种溶液，还有两个搅拌器。（图／Eggl, M. & Schmid, P., 2022）
随后，研究人员运行了多个模拟实例，在每次运行前都会改变一个或多个因素，比如加快速度，或者改变搅拌器的路径或形状，都是为了优化混合。
使用圆形搅拌器并不能很好地混合两种液体。（图／Eggl, M. & Schmid, P., 2022）
随着模拟一次次运行，他们开始注意到某些因素如何有效地共同作用，混合这两种溶液。一些因素带来的混合效果会比其他一些更好，所谓的更好，指的是当搅拌停止时，液体系统整体更为均匀。
比如，在一些模拟中，他们把搅拌器调整成一些非常不规则的形状，让它们看上去就像一个星星魔杖，或者一个长柄铲子。搅拌器形状的改变可能会对结果产生显著的影响。如果让一个搅拌器比另一个搅拌得更快，搅拌结果可能会有所提高。
搅拌器形状改变后的模拟，使用不规则形状的搅拌器比圆形搅拌器能更好地混合两种液体。（图／Eggl, M. & Schmid, P., 2022）
整体而言，边缘平滑的搅拌器比边缘尖锐的搅拌器效果更好，比如把原先“星形魔杖”被“磨”成了犬齿的形状，而长柄铲子变成了一只小蝌蚪，也能获得更好的优化。
当使用形状不规则的搅拌器搅拌时，不均匀的搅拌速度有助于液体混合。（图／Eggl, M. & Schmid, P., 2022）
此外，如果把一个搅拌器放在更高的位置会更好，让搅拌器向相反的方向移动同样有所助益。
当加入抖动时，用有着圆角的搅拌器能更好地混合两种液体。（图／Eggl, M. & Schmid, P., 2022）
如果在搅拌结束时，在系统中加入一点抖动，会产生更多涡流，也能带来更好的混合。
研究人员模拟并优化了不同情况的搅拌结果，包括搅拌器形状或搅拌速度，以及综合的优化。（图／Eggl, M. & Schmid, P., 2022）
搅拌的科学
两位科学家表示，虽然在日常或工业应用中，很难真正制作出那种极不规则的搅拌器形状，但他们认为，这些发现可以对液体混合问题带来新的启示，帮助优化特定应用中的溶液混合过程，从而提高生产效率，并创造出更多的具有创造力的工具。
参考来源：
https://phys.org/news/2022-08-supercomputer-fluids.html
https://physics.aps.org/articles/v15/s104
https://journals.aps.org/prfluids/abstract/10.1103/PhysRevFluids.7.073904
封面图&首图来源：Eggl, M. & Schmid, P., 2022
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