Turbulenssipallot eristetään pyörrerenkaiden avulla – Physics World

Yhdysvaltalaiset tutkijat ovat eristäneet turbulenssipallon vesisäiliön sisällä ja ylläpitäneet sitä ampumalla pyörrerenkaita säiliön kulmista. William Irvine ja kollegat Chicagon yliopistosta sanovat, että heidän uusi tekniikkansa voi johtaa muutokseen tapaan, jolla turbulenssia tutkitaan kokeellisesti.

Virran pyörteistä kaasun pyörteisiin tähtienvälisessä avaruudessa turbulenssi tukee monien erilaisten järjestelmien käyttäytymistä luonnossa. Sen tärkeimmät ominaisuudet ovat helposti havaittavissa, ja ne sisältävät epäsäännölliset ja epäsäännölliset nopeuden ja paineen vaihtelut. Huolimatta yleisyydestään, tutkijat kamppailevat kuvailemaan tarkasti, kuinka turbulentit nesteet käyttäytyvät.

"Turbulenssia esiintyy kaikkialla ympärillämme, mutta se jää huomaamatta fyysikot pitämään tyydyttävänä kuvauksena." Irvine selittää. ”Esimerkiksi jos kysyt, voinko ennustaa, mitä tapahtuu seuraavaksi, kun tönäisin tätä turbulenssialuetta? Vastaus on ei. Ei edes supertietokoneella."

Hallittuja häiriöitä

Vaikka turbulenssia voidaan luoda ja tutkia laboratoriossa, on erittäin vaikeaa estää pyörteisen nesteen vuorovaikutus säiliönsä seinämien tai turbulenssin synnyttämiseen käytettävän sekoituslaitteen kanssa. Toistaiseksi tämä takaisku on estänyt fyysikoita ymmärtämästä, kuinka pyörteiset nesteet kehittyvät ajan myötä, jos ne jätetään häiriintymättä, tai kuinka ne reagoivat hallittuihin häiriöihin.

Vastatakseen tähän haasteeseen Irvinen tiimi pyrki luomaan täysin eristetyn turbulenssialueen käyttämällä pyörrerenkaita. Nämä ovat pyöreitä nestepyörteitä, jotka synnyttävät turbulenssia törmätessään toisiinsa.

Aluksi Irvine ja kollegat tekivät tämän asettamalla pyörteitä tuottavia rengassuihkuja vesisäiliön molempiin päihin. Veteen kylvettiin kuplia renkaiden liikkeiden visualisoimiseksi. Vaikka turbulenssia havaittiin alun perin, virtaukset yhdistyivät lopulta uusien renkaiden muodostamiseksi, jotka poikkesivat alkuperäisestä törmäyspisteestä.

Kahdeksan pyörrerengasta

Uusimmassa tutkimuksessaan Irvinen tiimi asetti sen sijaan rengassuihkun säiliön jokaiseen kulmaan – paljon mielenkiintoisempia tuloksia. Kun kahdeksan pyörrerengasta törmäsivät, ne loivat karkeasti pallomaisen turbulenssipallon säiliön keskelle. Pallo ei vain ollut täysin eristetty säiliön seinistä; se voitaisiin ylläpitää yksinkertaisesti ampumalla lisää pyörrerenkaita säiliöön ajoittain.

"Kukaan ei tiennyt tämän olevan edes mahdollista", tiimin jäsen sanoo Takumi Matsuzawa. ”Turbulenssi on erittäin hyvä sekoittamaan asioita; jos sekoitat maidon kahviin, saat vain yhden tai kaksi pyörteitä, ennen kuin se sekoittuu kokonaan. Se, että pystymme pitämään sen paikallaan, on hyvin yllättävää."

Se on kuin istuisi rauhallisesti pellolla piknikillä ja katsoisi 50 metrin päässä riehuvaa myrskyä

William Irvine

Tällä asetuksella tiimi voisi yhdistää pyörrerenkaita, kuten LEGO-palikoita, jotka ohjaavat parametreja, mukaan lukien renkaiden energiaa ja kierteisyyttä. Jälkimmäinen kuvaa, pyörivätkö pyörteet myötä- vai vastapäivään.

Onko turbulenttinen virtaus sittenkään yleismaailmallista?

He puolestaan ​​saattoivat hienosäätää pallon sisällä olevan turbulenssin parametreja ja sitten tarkkailla, kuinka se kehittyi, kun he pitivät sitä yllä useammilla pyörrerenkailla – tai kuinka se hävisi, kun he lopettivat uusien renkaiden lisäämisen. "Se on kuin istuisi rauhallisesti pellolla piknikillä ja katsoisi 50 metrin päässä riehuvaa myrskyä", Irvine kuvailee.

Tutkijat toivovat nyt, että heidän työnsä voisi johtaa läpimurtoon uusien turbulenssin tutkimiseen tarkoitettujen tekniikoiden kehittämisessä. Muokkaamalla turbulentteja virtauksia pyörrerenkaiden avulla he ehdottavat, että turbulenssia voitaisiin käsitellä aineen olomuotona, jolla on ominaisuuksia, joita voidaan valvoa ja manipuloida huolellisesti.

Tämä puolestaan ​​voisi tasoittaa tietä erilaisille uusille kokeille, joissa tutkitaan monia erilaisia ​​esimerkkejä turbulenttisista virtauksista luonnossa. "Toivon todella, että tämä voi auttaa avaamaan uuden leikkipaikan kentälle", Irvine sanoo.

Tutkimusta kuvataan Luontofysiikka.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/balls-of-turbulence-are-isolated-using-vortex-rings/