소용돌이 고리를 사용하여 난기류 공을 격리합니다.

미국의 연구원들은 물 탱크 내부의 난기류 공을 분리하고 탱크 모서리에서 소용돌이 고리를 발사하여 유지했습니다. 윌리엄 어바인 그리고 시카고 대학의 동료들은 그들의 새로운 기술이 난류를 실험적으로 연구하는 방식에 변화를 가져올 수 있다고 말합니다.

흐름의 소용돌이에서 성간 공간의 가스 소용돌이에 이르기까지 난기류는 자연계의 다양한 행동을 뒷받침합니다. 주요 특징은 발견하기 쉽고 속도와 압력의 불규칙하고 불규칙한 변동을 포함합니다. 그러나 그들의 편재성에도 불구하고 연구원들은 난류 유체가 어떻게 행동하는지 정확히 설명하기 위해 고군분투하고 있습니다.

"난기류는 우리 주변 어디에서나 나타나지만, 물리학자들이 만족스러운 설명이라고 생각하는 것을 계속해서 피하고 있습니다." 어바인이 설명합니다. “예를 들어, 이 난류 지역을 찌르면 다음에 무슨 일이 일어날지 예측할 수 있습니까? 내 대답은 아니오 야. 슈퍼컴퓨터가 있어도 불가능합니다.”

통제된 교란

실험실에서 난류를 생성하고 연구할 수 있지만 난류 유체가 용기의 벽이나 난류를 생성하는 데 사용되는 교반 장치와 상호 작용하는 것을 방지하는 것은 매우 어렵습니다. 지금까지 이러한 장애로 인해 물리학자들은 난류 유체가 교란되지 않은 경우 시간이 지남에 따라 어떻게 진화하는지 또는 제어된 교란에 어떻게 반응하는지 이해하지 못했습니다.

이 문제를 해결하기 위해 Irvine의 팀은 와류 고리를 사용하여 완전히 고립된 난류 영역을 만들려고 했습니다. 이들은 서로 충돌할 때 난류를 생성하는 유체의 원형 소용돌이입니다.

처음에 Irvine과 동료들은 물 탱크의 양쪽 끝에 소용돌이 생성 링 제트를 배치하여 이를 수행했습니다. 고리의 움직임을 시각화하기 위해 물에 거품을 뿌렸습니다. 처음에는 난류가 관찰되었지만 결국 흐름이 재결합하여 원래 충돌 지점에서 편향된 새로운 고리 세트를 생성했습니다.

XNUMX개의 소용돌이 링

최신 연구에서 Irvine 팀은 대신 탱크의 각 모서리에 링 제트를 배치하여 훨씬 더 흥미로운 결과를 얻었습니다. XNUMX개의 소용돌이 고리가 충돌하면서 탱크 중앙에 대략 구형의 난류 공이 생성되었습니다. 공이 탱크 벽에서 완전히 분리되었을 뿐만 아니라; 주기적으로 탱크에 더 많은 소용돌이 고리를 발사하여 간단히 유지할 수 있습니다.

"아무도 이것이 가능하다는 것을 몰랐습니다." 팀원이 말했습니다. 마츠자와 타쿠미. “난기류는 사물을 혼합하는 데 매우 능숙합니다. 우유를 커피에 섞으면 완전히 섞이기 전에 한두 번만 휘저을 수 있습니다. 우리가 그것을 제자리에 담을 수 있다는 사실은 매우 놀랍습니다.”

그것은 소풍이 있는 들판에 조용히 앉아 50피트 떨어진 곳에서 맹렬한 폭풍을 바라보는 것과 같습니다.

윌리엄 어바인

이 설정을 통해 팀은 LEGO 블록과 같은 소용돌이 고리를 결합할 수 있습니다. 고리의 에너지와 나선도를 포함한 매개변수를 제어하고 후자는 소용돌이가 시계 방향으로 회전했는지 반시계 방향으로 회전했는지 설명합니다.

난류는 결국 보편적입니까?

차례로, 그들은 공 내부의 난기류 매개변수를 미세 조정한 다음 더 많은 소용돌이 고리로 공을 유지하면서 그것이 어떻게 진화했는지 또는 새로운 고리 추가를 중단함에 따라 어떻게 소멸되었는지 관찰할 수 있었습니다. Irvine은 이렇게 설명합니다.

연구자들은 이제 그들의 연구가 난류 연구를 위한 새로운 기술 개발의 돌파구로 이어질 수 있기를 희망합니다. 와류 고리를 사용하여 난류 흐름을 조각함으로써 그들은 난류가 신중하게 제어되고 조작될 수 있는 기능을 가진 물질 상태로 취급될 수 있다고 제안합니다.

차례로 이것은 자연의 난류 흐름에 대한 다양한 예를 탐구하는 다양한 새로운 실험의 길을 열 수 있습니다. Irvine은 "이것이 현장에서 새로운 놀이터를 여는 데 도움이 될 수 있기를 진심으로 바랍니다."라고 말합니다.

연구는 다음에 설명되어 있습니다. 자연 물리.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/balls-of-turbulence-are-isolated-using-vortex-rings/