Verwenden eines Supercomputers, um den besten Weg zu finden, zwei Flüssigkeiten zu mischen

Ein Forscherpaar, einer vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung, der andere vom Imperial College, hat mithilfe von Simulationen, die auf einem Supercomputer ausgeführt werden, effizientere Wege gefunden, um zwei Flüssigkeiten zu mischen. In ihrem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Flüssigkeiten zur körperlichen ÜberprüfungMaximilian Eggl und Peter Schmid beschreiben die Faktoren, die sie bei der Erstellung ihrer Simulationen berücksichtigt haben, und die Strategien, die ihrer Meinung nach am besten funktioniert haben.

Das Mischen zweier Flüssigkeiten ist weit verbreitet, vom Mischen von Sahne in Kaffee über das Backen eines Kuchens bis hin zur Herstellung von Zement. Das Mischen zweier Flüssigkeiten zur Schaffung einer einigermaßen homogenen Lösung ist für eine Vielzahl menschlicher Unternehmungen von entscheidender Bedeutung. Aber wie macht man das am besten? Die Menschen verwenden oft einen einzigen runden Rührer in ihrem Kaffee, Bäcker verwenden eine Vielzahl von Rührern und Industrielle verwenden eine Vielzahl von geformten Rührern und manchmal mehr als einen davon. In diesem neuen Versuch suchten Eggl und Schmid, ob sie einen allgemeineren Ansatz zum effizienten Mischen zweier Flüssigkeiten finden könnten.

Die Arbeit der Forscher begann mit einer einfachen Simulation, bei der es zwei reine Lösungen in einem zylindrischen Behälter gab, die in der Mitte getrennt waren – und zwei Rührer, einen in jeder Lösung. Die Simulation zeigte, wie sich die beiden Flüssigkeiten vermischten, als die Rührer beide mit konstanter Geschwindigkeit um den Zylinder herum bewegt wurden. Die Forscher führten dann mehrere Instanzen der Simulation durch, wobei sie vor jedem Durchlauf einen oder mehrere Faktoren änderten – um beispielsweise die Dinge zu beschleunigen oder den Weg der Rührer oder ihre Form zu ändern, um das Mischen zu optimieren. Während jede Simulation lief, stellten die Forscher fest, wie effizient die gegebenen Faktoren zusammenwirkten, um die beiden Lösungen zu mischen.

Im Laufe der Zeit stellten die Forscher fest, dass einige Faktoren besser funktionierten als andere – zum Beispiel, dass sich ein Rührer schneller bewegt als der andere oder bestimmte Paddelformen. Sie fanden auch heraus, dass Rührer mit glatten Kanten insgesamt besser funktionierten als solche mit scharfen Kanten. Und sie fanden heraus, dass es besser war, einen Rührer in einer höheren Position zu platzieren, und dass es auch hilfreich war, wenn sich die Rührer in entgegengesetzte Richtungen bewegten.

Sie fanden auch heraus, dass das Hinzufügen eines kleinen Wackelns am Ende eines Rührvorgangs zu mehr Wirbeln und damit zu mehr Durchmischung führte. Das Forscherpaar schlägt abschließend vor, dass ihr Ansatz dazu beitragen könnte, das Mischen von Lösungen in spezifischen Anwendungen zu optimieren, um die Effizienz zu steigern und angereicherte Produkte herzustellen.

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