Τα ρεύματα που οδηγούνται από την άνωση, που προκαλούνται από διαστρωμάτωση οριζόντιας πυκνότητας στα ρευστά, εμφανίζονται σε διαφορετικές βιομηχανικές και φυσικές ρυθμίσεις σε ένα ευρύ φάσμα χωρικών και χρονικών κλιμάκων. Η ανταλλαγή ροών μεταξύ δύο ζωνών σε διαφορετικές πυκνότητες σχετίζεται με διάφορα φαινόμενα, συμπεριλαμβανομένης της μεταφορικής μεταφοράς μάζας και βιολογικών ουσιών. Ένα παράδειγμα προβληματικής ροής που βασίζεται στην άνωση μέσω των θυρών των κτιρίων προκύπτει όταν η ροή ανταλλαγής καθοδηγείται από τις διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ δύο παρακείμενων δωματίων. Σε αυτήν την περίπτωση, το κλείσιμο των θυρών δεν είναι πάντα μια βιώσιμη λύση για την αποτροπή αυτών των ροών ανταλλαγής που βασίζονται στην άνωση, καθώς θα εμποδίσει την κίνηση ανθρώπων ή οχημάτων. Ως εκ τούτου, έχουν αναπτυχθεί εναλλακτικές στρατηγικές μετριασμού, όπως η αεροδυναμική στεγανοποίηση με αεροκουρτίνες για τη μείωση των ροών ανταλλαγής που βασίζονται στην άνωση.
Σε ένα παρόμοιο σενάριο, τα λοφία γραμμής πολλαπλών φάσεων, γνωστά και ως κουρτίνες με φυσαλίδες, είναι μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική για τη μείωση των ροών που βασίζονται στην άνωση μεταξύ δύο ζωνών νερού σε διαφορετικές πυκνότητες, που, για παράδειγμα, υπάρχουν στις κλειδαριές πλοίων. Αυτό είναι ανάλογο με την τοποθέτηση συσκευών αεροκουρτίνας στις πόρτες των κτιρίων για να χρησιμεύσει ως διαχωριστικό φράγμα μεταξύ δύο κλιματικά διαφορετικών περιβαλλόντων. Ενώ οι κουρτίνες με φυσαλίδες χρησιμοποιούνται εδώ και δεκαετίες, εξακολουθούν να υπάρχουν περιορισμένα πειραματικά δεδομένα σχετικά με την απόδοσή τους ως φραγμοί διαχωρισμού όταν τοποθετούνται σε οριζόντιες διαστρώσεις πυκνότητας. Ομοίως, υπάρχει έλλειψη συναίνεσης σχετικά με τις κατάλληλες βέλτιστες παραμέτρους για τη λειτουργία της κουρτίνας φυσαλίδας.
Επιπλέον, παρά τη φυσική ομοιότητα μεταξύ της χρήσης κουρτινών με φυσαλίδες και κουρτινών αέρα για τη μείωση των ροών ανταλλαγής που βασίζονται στην άνωση, οι δύο ερευνητικές κατευθύνσεις που περιλαμβάνουν αυτές τις δύο στρατηγικές έχουν απομακρυνθεί πλήρως. Στην πραγματικότητα, δύο διαφορετικά θεωρητικά πλαίσια και σύνολα παραμέτρων έχουν χρησιμοποιηθεί για να περιγράψουν την απόδοση των κουρτινών αέρα και των κουρτινών με φυσαλίδες ως φραγμούς διαχωρισμού. Για την αντιμετώπιση των παραπάνω ερευνητικών περιορισμών, Δρ Ντάρια Φρανκ και Καθηγητής Paul Linden από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ με τον Alexis Bacot από την École Polytechnique ερεύνησε την εφαρμογή κουρτινών με φυσαλίδες ως διαχωριστικό φράγμα σε οριζόντιες διαστρώσεις πυκνότητας. Η έρευνα αυτή τη στιγμή δημοσιεύεται στο περιοδικό με κριτές Journal of Fluid Mechanics.
Εν συντομία, οι συγγραφείς ξεκίνησαν την έρευνά τους καθιερώνοντας μια επίσημη αναλογία μεταξύ των κουρτινών αέρα και των κουρτινών με φυσαλίδες και πρότειναν ένα ενοποιητικό πλαίσιο για την περιγραφή τους. Μια σειρά εργαστηριακών πειραμάτων μικρής κλίμακας διεξήχθη σε ένα κανάλι με διαλύματα άλμης και γλυκό νερό για να μελετηθεί η αποτελεσματικότητα των κουρτινών με φυσαλίδες στη μείωση της διείσδυσης αλμυρού νερού στη ζώνη του γλυκού νερού για ένα ευρύ φάσμα βάθους νερού, ροών αέρα και διαφορών πυκνότητας.
Οι συγγραφείς εντόπισαν δύο καθεστώτα λειτουργίας της κουρτίνας φυσαλίδας: το καθεστώς διάσπασης που χαρακτηρίζεται από μια πολύ αδύναμη κουρτίνα φυσαλίδας ακατάλληλη για την αποτροπή της ροής ανταλλαγής που βασίζεται στην άνωση και την καθοδηγούμενη από κουρτίνα καθεστώς στην οποία η κουρτίνα φυσαλίδας διακόπτει επιτυχώς το ρεύμα που οδηγείται από άνωση. Στο καθεστώς που καθοδηγείται από κουρτίνα, η ροή διείσδυσης πυκνού ρευστού αποδόθηκε στην αυτο-επαγόμενη ανάμειξη κουρτινών φυσαλίδων. Με βάση τις θεωρητικές εκτιμήσεις και τις ποσοτικές μετρήσεις, προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας στις μη διαστατικές παραμέτρους, το λεγόμενο μέτρο εκτροπής, Dm,b ≈0,12 ή ο αριθμός αέρα Froude, Frαέρας ≈0,93 , που αντιστοιχούν στις μεταβατικές τιμές μεταξύ των δύο καθεστώτων.
Βασιζόμενοι σε πειραματικές παρατηρήσεις και γνώσεις από τη θεωρία της κουρτίνας αέρα, οι συγγραφείς πρότειναν ένα θεωρητικό μοντέλο για την πρόβλεψη της ροής διείσδυσης πυκνού ρευστού κατά μήκος της κουρτίνας φυσαλίδων στη ζώνη γλυκού νερού στο καθεστώς που βασίζεται σε κουρτίνα. Οι θεωρητικές προβλέψεις συμφωνούσαν καλά με τις πειραματικές μετρήσεις, επιτρέποντας τον προσδιορισμό του ανώτατου ορίου για την αποτελεσματικότητα της κουρτίνας φούσκας στο καθεστώς που βασίζεται σε κουρτίνα. Παρέχονταν νόμοι κλιμάκωσης για την οριζόντια έκταση των ζωνών μικτού ρευστού γύρω από την κουρτίνα φυσαλίδων και η πυκνότητα του νερού στις μικτές ζώνες μπορούσε να προβλεφθεί.
Συνοπτικά, η απόδοση της κουρτίνας φυσαλίδας στο διαχωρισμό δύο ζωνών νερού σε διαφορετικές πυκνότητες διερευνήθηκε θεωρητικά και πειραματικά. Συζητήθηκε η εφαρμογή των παραγόμενων θεωρητικών μοντέλων στις κουρτίνες φυσαλίδων πραγματικής κλίμακας. Η κουρτίνα φυσαλίδας πέτυχε μια βέλτιστη τιμή αποτελεσματικότητας έως και 80% στην αποτροπή της διείσδυσης αλμυρού νερού στη ζώνη του γλυκού νερού. Σε δήλωση προς Προόδους στη Μηχανικήη Δρ. Daria Frank, η αντίστοιχη συγγραφέας εξήγησε ότι τα ευρήματά τους θα βοηθήσουν στην ανάπτυξη αποτελεσματικών στρατηγικών που περιλαμβάνουν κουρτίνες με φυσαλίδες για την πρόληψη των ροών ανταλλαγής που οδηγούνται από την άνωση σε οριζόντιες διαστρώσεις πυκνότητας.
