Занятие трубчатой турбулентностью

Больше века ученые ломали голову, как плавное течение жидкости через трубу внезапно разражается хаотической путаницей водоворотов и водоворотов. Теперь, бригада физиков, инженеров и математиков определила стандартные блоки турбулентности в трубах.

Исследователи знают, как турбулентность развивается в нескольких особых случаях. Например, поток жидкости, заманенной в ловушку между двумя концентрическими цилиндрами, становится более сложным на хорошо заказанных шагах, поскольку внешний цилиндр вращается о внутреннем быстрее и быстрее. Но они изо всех сил пытались объяснить турбулентность в простой трубе, в которой весь ад вырывается на свободу, как только скорость передает критическое значение.

С 1990, однако, теоретики использовали машинные моделирования для соединения нового объяснения турбулентности в трубах. Согласно моделированиям, жидкость в трубе может втечь различные сложные циркулирующие волны. Эти волны нестабильны, таким образом, на низких скоростях потока они быстро вымирают, и жидкость возобновляет свой гладкий, однородный поток. Но как только поток превышает определенную скорость, он больше не возвращается в гладкое государство, когда волна вымирает. Вместо этого поток подпрыгивает от одного циркулирующего государства до другого, производя турбулентность.

Теперь, исследователи определили тип волн, которые предсказывают модели. Физик Бьорн Хоф и инженер Казимир ван Дурн из Дельфтского Технологического университета в Нидерландах и коллег послали воду через длинную трубу, 4 сантиметра в диаметре, разработанном для подавления турбулентности. Реактивный самолет, установленный на стороне трубы, нарушил поток и лазер и камеры, 6 метров вниз по течению отследили движение бусинок в воде.

Поскольку скорость потока добилась, исследователи искали знаки, что толчок от реактивного самолета создал одну из мимолетных волн. Они наблюдали вихри, пихнувшие более быструю воду к сторонам трубы и более медленную воду к центру, создав длинные полосы медленнее и более быструю движущуюся воду, простирающуюся вдоль трубы. Образцы полос близко напомнили предсказанных моделированиями для различных скоростей потока, сообщают они в Науке 10 сентября.

Результатами является ясный шаг к объяснению турбулентности в трубах, говорит Алессандро Боттаро, инженер в университете Генуи в Италии. “Они оправдывают теоретическую работу, сделанную за прошлые 15 лет”, говорит он. Но Том Маллин, физик в Манчестерском университете в Соединенном Королевстве, отмечает, что образцы, замеченные в экспериментах и моделированиях, не являются точно тем же: “Это — длинный путь все же, чтобы показать, что существует полная связь”.

Добавить комментарий