Turbulentsipallid eraldatakse keerisrõngaste abil – Physics World

USA teadlased on isoleerinud veepaagi seest turbulentsipalli ja hoidnud seda, tulistades paagi nurkadest keerisrõngaid. William Irvine ja kolleegid Chicago ülikoolist ütlevad, et nende uus tehnika võib viia turbulentsi eksperimentaalse uurimise viisini.

Alates pööristest voos kuni gaasi keerlemiseni tähtedevahelises ruumis – turbulents on paljude erinevate looduses olevate süsteemide käitumise aluseks. Selle põhiomadusi on lihtne märgata ning nende hulka kuuluvad kiiruse ja rõhu ebakorrapärased ja ebaühtlased kõikumised. Kuid hoolimata nende üldlevinud olemusest on teadlastel raske kirjeldada, kuidas turbulentsed vedelikud täpselt käituvad.

"Turbulentsi ilmub kõikjal meie ümber, kuid see jääb nägemata, mida füüsikud peavad rahuldavaks kirjelduseks." Irvine selgitab. "Näiteks kui te küsite, kas ma saan ennustada, mis juhtub järgmisena, kui ma seda turbulentsipiirkonda torkan? Vastus on eitav. Isegi mitte superarvutiga.

Kontrollitud häired

Kuigi turbulentsi saab tekitada ja uurida laboris, on väga raske takistada turbulentse vedeliku kokkupuudet selle konteineri seintega või turbulentsi tekitamiseks kasutatava segamisseadmega. Seni on see tagasilöök takistanud füüsikutel mõistmast, kuidas turbulentsed vedelikud aja jooksul arenevad, kui neid ei häirita, või kuidas nad reageerivad kontrollitud häiretele.

Selle väljakutse lahendamiseks püüdis Irvine'i meeskond luua keerisrõngaste abil täiesti isoleeritud turbulentsipiirkonna. Need on ringikujulised vedeliku keerised, mis tekitavad üksteisega kokkupõrkel turbulentsi.

Alguses tegid Irvine ja kolleegid seda, asetades veepaagi mõlemasse otsa keeriseid tekitavad rõngasjoad. Vett külvati mullid, et visualiseerida rõngaste liikumist. Kuigi algselt täheldati turbulentsi, ühinesid voolud lõpuks uuesti, et luua uusi rõngaste komplekte, mis kaldusid esialgsest kokkupõrkepunktist eemale.

Kaheksa keerisrõngast

Oma viimases uuringus paigutas Irvine'i meeskond selle asemel rõngasjoa paagi igasse nurka – palju huvitavamate tulemustega. Kui kaheksa keeriserõngast kokku põrkasid, tekitasid nad paagi keskele ligikaudu sfäärilise turbulentsipalli. Mitte ainult pall oli tanki seintest täielikult isoleeritud; seda saab säilitada lihtsalt tanki perioodiliselt rohkem keerisrõngaid tulistades.

"Keegi ei teadnud, et see on isegi võimalik," ütleb meeskonnaliige Takumi Matsuzawa. “Turbulents oskab väga hästi asju segada; kui segate piima kohvi sisse, saate ainult ühe või kaks keerist, enne kui see täielikult seguneb. See, et suudame selle paigal hoida, on väga üllatav.

See on nagu istudes rahulikult põllul piknikuga ja vaadates 50 jala kaugusel möllavat tormi

William Irvine

Selle seadistuse abil saab meeskond kombineerida keerisrõngaid, nagu LEGO klotsid, mis kontrollivad parameetreid, sealhulgas rõngaste energiat ja helilisust. Viimane kirjeldab, kas keerised pöörlevad päri- või vastupäeva.

Kas turbulentne vool on siiski universaalne?

Omakorda said nad palli sees turbulentsi parameetreid peenhäälestada ja seejärel jälgida, kuidas see arenes, kui nad seda rohkemate keerisrõngastega säilitasid – või kuidas see hajus, kui nad lõpetasid uute rõngaste lisamise. "See on nagu istuda rahulikult põllul piknikuga ja vaadata 50 jala kaugusel möllavat tormi," kirjeldab Irvine.

Teadlased loodavad nüüd, et nende töö võib viia läbimurdeni turbulentsi uurimise uute tehnikate väljatöötamisel. Keerisrõngaste abil turbulentseid vooge kujundades viitavad nad sellele, et turbulentsi võib käsitleda aine olekuna, mille tunnused on hoolikalt kontrollitavad ja manipuleeritavad.

See omakorda võib sillutada teed mitmesugustele uutele katsetele, uurides paljusid erinevaid näiteid turbulentsetest vooludest looduses. "Ma tõesti loodan, et see võib aidata avada väljal uue mänguväljaku, " ütleb Irvine.

Uuringut kirjeldatakse artiklis Loodusfüüsika.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Autod/elektrisõidukid, Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• BlockOffsets. Keskkonnakompensatsiooni omandi ajakohastamine. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/balls-of-turbulence-are-isolated-using-vortex-rings/