Das Entkorken einer Champagnerflasche erzeugt Überschall-Schockwellen

Das Öffnen einer Flasche Champagner markiert traditionell den Beginn einer festlichen Feier. Nach dem lustigen Knallen des Korkens sprudelt es in die Luft und zum Schluss das angenehme Prickeln auf der Zunge.

Laut Forschern in Frankreich und Indien kommt jedoch viel mehr aus dem Pop heraus, als für die Sinne wahrnehmbar ist. Im Physik der Flüssigkeitenzeigten computergestützte Strömungssimulationen die Bildung, Entwicklung und Auflösung von Stoßwellenmustern, wenn das Kohlendioxidgemisch in der ersten Millisekunde nach dem Korken knallen durch den Engpass schießt.

Die Ergebnisse könnten Einblick in das komplexe und transiente Verhalten von Überschallströmungen in Anwendungen geben, die von Raketenwerfern, ballistischen Flugkörpern und Windkraftanlagen bis hin zur Elektronikfertigung und Unterwasserfahrzeugen reichen. Die Simulationen bauen auf experimentellen Untersuchungen aus dem Jahr 2019 auf, die erstmals die Bildung von Stoßwellen beim Korken knallen zeigten.

„Wir wollten das unerwartete Phänomen einer Überschallströmung, die beim Entkorken von Champagnerflaschen auftritt, besser charakterisieren“, sagte Co-Autor Robert Georges von der Université de Rennes 1. „Wir hoffen, dass unsere Simulationen den Forschern einige interessante Hinweise liefern werden, und Sie könnten die typische Flasche Champagner als Mini-Labor betrachten.“

In der anfänglichen Entkorkungsphase wird das Gasgemisch teilweise durch den Korken blockiert, wodurch verhindert wird, dass der austretende Champagner die Schallgeschwindigkeit erreicht. Aber wenn sich der Korken weiter löst, entweicht das Gasgemisch radial mit Überschallgeschwindigkeit und gleicht seinen Druck durch eine Folge von normalen und schrägen Schockwellen aus.

Die Wellen verbinden sich zu Stoßdiamanten, Ringmustern, die typischerweise in Raketenabgasfahnen zu sehen sind. Die Flaschensymmetrie führt zu einer kronenförmigen Überschallausdehnung. Schließlich wird der Druck zu niedrig, um ein angemessenes Düsendruckverhältnis für Überschallgeschwindigkeit am Flaschenhals und am Korkenrand aufrechtzuerhalten.

„Unser Papier enthüllt die unerwarteten und wunderschönen Fließmuster, die sich jedes Mal, wenn eine Flasche Sekt entkorkt wird, direkt unter unserer Nase verbergen“, sagte Co-Autor Gérard Liger-Belair von der Université de Reims Champagne-Ardenne. „Wer hätte sich die komplexen und ästhetischen Phänomene vorstellen können, die sich hinter einer so gemeinsamen Situation verbergen, die jeder von uns erlebt?“

Die Forscher planen, andere Parameter wie Temperatur, Volumen und Flaschenhalsdurchmesser sowie die physikalisch-chemischen Prozesse zu untersuchen, die das Entkorken von Champagnerflaschen begleiten. Sie interessieren sich beispielsweise dafür, wie die Überschallströmung durch Eispartikelbildung beeinflusst wird, die durch den drastischen Temperaturabfall verursacht wird, wenn das Sprudel aus der Flasche austritt.