复杂的流体动力学可能解释滑水现象

用于可视化轮胎凹槽中水流的实验装置以及一些样品结果。

当车辆在潮湿或充满水的道路上行驶时，水会在轮胎前面积聚并产生升力。在一种称为滑水的现象中，该力可能会变得很大，足以将车辆抬离地面。

CNRS，里昂大学和米其林集团的科学家在AIP Publishing的流体物理学中，使用激光成像技术研究了轮胎沟槽前方和通过沟槽的水流。

为了抵消滑水，选择了胎面设计以从轮胎的前部排出水，而不会降低其附着在路面上的能力。很少有关于水通过轮胎沟槽运动的定量实验研究，因此对于这些情况下的确切流动模式知之甚少。

以前唯一发表过的报告了对轮胎沟槽中的速度测量值进行定量测量的工作，是使用高速相机完成的，并使用小米种子作为水的示踪剂。但是，种子的直径约为1.5毫米，并且对比度差，因此无法将凹槽内的速度信息用于流动分析。

目前，对滑水的研究使用的测试轨道配备了嵌入地面的透明窗户。上面的区域被水淹没，用高速相机观察到轮胎在车窗上滚动。

研究人员开发了一种更复杂的方法，其中包括荧光种子颗粒以可视化流动，并使用一片激光照亮该区域。荧光颗粒的直径仅为35微米，约为人发厚度的一半，密度接近水。

作者达米恩·卡布特（Damien Cabut）说：“凹槽内部流动的第一个显着特征是存在白色细长的细丝或圆柱。”“这表明存在气相，可能是气泡或空化。”

凹槽中有液体和气体两相，这使分析变得复杂。研究人员在某些凹槽中发现了涡流和气泡。作者表明，凹槽内的旋涡数与凹槽的宽度与高度之比有关。

“一种涡流产生机制可能与轮胎肋骨尖锐边缘周围的流动有关。这种效果类似于在气动升力中观察到的三角翼时所产生的效果，” Cabut说。

人们发现，当距离和速度适当扩大时，凹槽中的流动结构对于提高车速是相似的。这可能会对滑水产生影响。

Cabut说，需要做更多的工作来了解涡旋的形成以及气泡在凹槽中的作用。他们开发的实验装置将为将来的工作提供很大的帮助。

参考：Damien Cabut，Marc Michard，SergeSimoëns，LoïcMéès，Violaine Todoroff，Corentin Hermange和Yohan Le Chenadec使用折射粒子图像测速仪分析了滚动车辆轮胎凹槽内的水流，2021年3月2日，流体物理学。
DOI：10.1063/5.0038834