প্রায় সমস্ত তরল প্রবাহ অশান্ত, বিভিন্ন স্থানিক এবং অস্থায়ী কাঠামো প্রদর্শন করে। অশান্তি বিশৃঙ্খল, যেখানে ছোট বাহ্যিক ঝামেলা সময়ের সাথে সাথে উল্লেখযোগ্যভাবে ভিন্ন আচরণের দিকে নিয়ে যেতে পারে। এই বৈশিষ্ট্যগুলি থাকা সত্ত্বেও, টার্বুলেন্স প্রবাহের ধরণগুলি প্রদর্শন করতে পারে যা যথেষ্ট সময়ের জন্য স্থায়ী থাকে, যা সুসংগত কাঠামো হিসাবে পরিচিত।
বিজ্ঞানী এবং প্রকৌশলীরা অশান্ত তরল প্রবাহের ভবিষ্যদ্বাণী এবং পরিবর্তন করার উপায়গুলি নিয়ে বিভ্রান্ত হয়েছেন এবং এটি দীর্ঘকাল ধরে বিজ্ঞান ও প্রকৌশলের সবচেয়ে চ্যালেঞ্জিং সমস্যাগুলির মধ্যে একটি হয়ে রয়েছে।
থেকে পদার্থবিদ জর্জিয়া টেকনোলজি ইনস্টিটিউট যখন টার্বুলেন্স এই সুসঙ্গত প্রবাহ কাঠামোর অনুরূপ তা সনাক্ত করার একটি নতুন পদ্ধতি তৈরি করেছে। এই পদ্ধতিটি ব্যবহার করে, তারা প্রমাণ করেছে - সংখ্যাগতভাবে এবং পরীক্ষামূলকভাবে - যে গভর্নিং সমীকরণের বিশেষ সমাধানগুলির একটি অপেক্ষাকৃত ছোট সেট ব্যবহার করে টার্বুলেন্স বোঝা এবং পরিমাপ করা যেতে পারে। তরল গতিবিদ্যা যে একটি নির্দিষ্ট জ্যামিতি জন্য একবার এবং সব জন্য precomputed করা যেতে পারে.
রোমান গ্রিগোরিয়েভ, স্কুল অফ ফিজিক্স, জর্জিয়া ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজি, আটলান্টা বলেছেন, "প্রায় এক শতাব্দী ধরে, টার্বুলেন্সকে পরিসংখ্যানগতভাবে একটি এলোমেলো প্রক্রিয়া হিসাবে বর্ণনা করা হয়েছে। আমাদের ফলাফলগুলি প্রথম পরীক্ষামূলক দৃষ্টান্ত প্রদান করে যে, উপযুক্ত স্বল্প সময়ের স্কেলে, এর গতিশীলতা অবাধ্যতা নির্ণয়বাদী - এবং এটিকে অন্তর্নিহিত নির্ণয়বাদী পরিচালনা সমীকরণের সাথে সংযুক্ত করে।"
"অশান্ত প্রবাহের বিবর্তনের পরিমাণগতভাবে ভবিষ্যদ্বাণী করা - এবং প্রকৃতপক্ষে, তাদের প্রায় কোনও বৈশিষ্ট্য - বরং কঠিন। সংখ্যাসূচক সিমুলেশন একমাত্র নির্ভরযোগ্য বিদ্যমান ভবিষ্যদ্বাণী পদ্ধতি। কিন্তু এটি ব্যয়বহুল হতে পারে। আমাদের গবেষণার লক্ষ্য ছিল ভবিষ্যদ্বাণী কম ব্যয়বহুল করা।"
দুটি স্বাধীনভাবে ঘূর্ণায়মান সিলিন্ডারের মধ্যে সীমাবদ্ধ দুর্বল অশান্ত প্রবাহ পর্যবেক্ষণ করে- বিজ্ঞানীরা টার্বুলেন্সের একটি নতুন রোডম্যাপ তৈরি করেছেন। এটি বিজ্ঞানীদেরকে আরও পরিচিত জ্যামিতিতে "শেষ প্রভাবের" অনুপস্থিতির কারণে সংখ্যাগতভাবে গণনা করা প্রবাহের সাথে পরীক্ষামূলক পর্যবেক্ষণগুলিকে অনন্যভাবে তুলনা করার অনুমতি দেয়, যেমন একটি পাইপের নিচে প্রবাহ।
পরীক্ষাটি সম্পূর্ণ ভিজ্যুয়াল অ্যাক্সেস এবং অত্যাধুনিক ফ্লো ভিজ্যুয়ালাইজেশনের অনুমতি দেওয়ার জন্য স্বচ্ছ দেয়াল ব্যবহার করেছে যাতে বিজ্ঞানীরা লক্ষ লক্ষ স্থগিত ফ্লুরোসেন্ট কণার গতিবিধি ট্র্যাক করে প্রবাহটিকে পুনর্গঠন করতে সক্ষম করে। একই সাথে, তারা আংশিক ডিফারেনশিয়াল সমীকরণ (Navier-Stokes সমীকরণ) এর পুনরাবৃত্তি সমাধান গণনা করার জন্য উন্নত সংখ্যাসূচক পদ্ধতি ব্যবহার করেছিল, যা পরীক্ষার অনুরূপ অবস্থার অধীনে তরল প্রবাহকে নিয়ন্ত্রণ করে।
উপরে উল্লিখিত হিসাবে, অশান্ত তরল প্রবাহ সুসংগত কাঠামো দেখায়। তাদের পরীক্ষামূলক এবং সংখ্যাসূচক তথ্য বিশ্লেষণ করে, বিজ্ঞানীরা আবিষ্কার করেছেন যে এই প্রবাহের ধরণগুলি এবং তাদের বিবর্তনগুলি তাদের গণনা করা বিশেষ সমাধানগুলির দ্বারা বর্ণিতগুলির সাথে সাদৃশ্যপূর্ণ।
এই বিশেষ সমাধানগুলি পুনরাবৃত্ত এবং অস্থির, সংক্ষিপ্ত ব্যবধানে পুনরাবৃত্ত প্রবাহের ধরণগুলিকে বর্ণনা করে। অশান্তি একের পর এক সমাধান অনুসরণ করে, কীভাবে এবং কখন নিদর্শনগুলি উপস্থিত হতে পারে তা ব্যাখ্যা করে।
গ্রিগোরিয়েভ বলেছেন, "এই জ্যামিতিতে আমরা যে সমস্ত পুনরাবৃত্ত সমাধান পেয়েছি তা আধা-পর্যায়ক্রমিক হতে দেখা গেছে, দুটি ভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়েছে৷ একটি ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিসাম্যের অক্ষের চারপাশে প্রবাহ প্যাটার্নের সামগ্রিক ঘূর্ণন বর্ণনা করে, অন্যটি প্যাটার্নের সাথে সহ-ঘূর্ণায়মান একটি রেফারেন্স ফ্রেমে প্রবাহ প্যাটার্নের আকারের পরিবর্তনগুলি বর্ণনা করে। সংশ্লিষ্ট প্রবাহগুলি এই সহ-ঘূর্ণায়মান ফ্রেমে পর্যায়ক্রমে পুনরাবৃত্তি হয়।"
“তারপর আমরা এই পুনরাবৃত্ত সমাধানগুলির সাথে পরীক্ষায় এবং সরাসরি সংখ্যাসূচক সিমুলেশনের মধ্যে অশান্ত প্রবাহের তুলনা করেছি এবং যতক্ষণ অশান্ত প্রবাহ অব্যাহত থাকে ততক্ষণ পর্যন্ত একের পর এক পুনরাবৃত্ত সমাধান ঘনিষ্ঠভাবে অনুসরণ (ট্র্যাক) করার জন্য টার্বুলেন্স খুঁজে পেয়েছি। নিম্ন-মাত্রিক বিশৃঙ্খল সিস্টেমগুলির জন্য এই ধরনের গুণগত আচরণের পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছিল, যেমন বিখ্যাত লরেঞ্জ মডেল, ছয় দশক আগে বায়ুমণ্ডলের একটি অত্যন্ত সরলীকৃত মডেল হিসাবে উদ্ভূত হয়েছিল।"
"কাজটি অশান্ত প্রবাহে পরিলক্ষিত বিশৃঙ্খল গতি ট্র্যাকিং পুনরাবৃত্ত সমাধানগুলির প্রথম পরীক্ষামূলক পর্যবেক্ষণের প্রতিনিধিত্ব করে। অশান্ত প্রবাহের গতিশীলতা অবশ্যই, পুনরাবৃত্তিমূলক সমাধানগুলির আধা-পর্যায়ক্রমিক প্রকৃতির কারণে অনেক বেশি জটিল।"
"এই পদ্ধতিটি ব্যবহার করে, আমরা চূড়ান্তভাবে দেখিয়েছি যে এই কাঠামোগুলি স্থান এবং সময়ের মধ্যে অশান্তির সংগঠনকে ভালভাবে ক্যাপচার করে। এই ফলাফলগুলি সুসংগত কাঠামোর পরিপ্রেক্ষিতে অশান্তিকে প্রতিনিধিত্ব করার এবং আমাদের ভবিষ্যদ্বাণী, নিয়ন্ত্রণ এবং প্রকৌশলী তরল প্রবাহের ক্ষমতার উপর বিশৃঙ্খলার বিধ্বংসী প্রভাবগুলি কাটিয়ে উঠতে সময়মতো তাদের অধ্যবসায়ের জন্য ভিত্তি স্থাপন করে।"
"এই ফলাফলগুলি অবিলম্বে পদার্থবিদ, গণিতবিদ এবং প্রকৌশলীদের সম্প্রদায়কে প্রভাবিত করে যারা এখনও তরল অশান্তি বোঝার চেষ্টা করছে, যা "সম্ভবত সমস্ত বিজ্ঞানের সবচেয়ে বড় অমীমাংসিত সমস্যা।"
"এই কাজটি একই গোষ্ঠীর দ্বারা তরল অশান্তির উপর পূর্ববর্তী কাজের উপর ভিত্তি করে তৈরি এবং প্রসারিত করে, যার মধ্যে কয়েকটি 2017 সালে জর্জিয়া টেক-এ রিপোর্ট করা হয়েছিল। সেই প্রকাশনায় আলোচিত কাজের বিপরীতে, যা আদর্শিক দ্বি-মাত্রিক তরল প্রবাহের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে, বর্তমান গবেষণাটি সম্বোধন করে কার্যত গুরুত্বপূর্ণ এবং আরও জটিল ত্রিমাত্রিক প্রবাহ।"
"অবশেষে, অধ্যয়নটি তরল অস্থিরতার জন্য একটি গাণিতিক ভিত্তি স্থাপন করে যা পরিসংখ্যানগত, প্রকৃতির পরিবর্তে গতিশীল - এবং তাই পরিমাণগত ভবিষ্যদ্বাণী করার ক্ষমতা রয়েছে, যা বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ।"
জার্নাল রেফারেন্স:
- ক্রিস্টোফার জে. ক্রাউলি এবং অন্যান্য। অশান্তি পুনরাবৃত্ত সমাধান ট্র্যাক. ন্যাশনাল একাডেমী অফ সায়েন্সেসের প্রসিডিংস। ডোই: 10.1073 / pnas.2120665119
