Entropia termodynamiczna przepływu Eulera pozostaje stała, zgodnie z zasadami termodynamiki. Prof. Mahendra Verma i badacz Soumyadeep Chatterjee z Wydziału Fizyki, IIT Kanpur, wprowadzili „entropię hydrodynamiczną” jako miarę porządku w wieloskalowym, nierównowagowym układzie, takim jak układy hydrodynamiczne i astrofizyczne, i zastosowali ją do turbulencji.
Odkryli, że przepływ Eulera 2D, czyli przepływ bez lepkości, postępuje od nieporządku do porządku. W badaniu wykorzystano argumenty analityczne i precyzyjne symulacje numeryczne, które dostarczyły wnikliwych informacji, które mogą ulepszyć sposób, w jaki naukowcy podchodzą do kluczowych zagadnień podstawowych, takich jak ewolucja porządku do zaburzenia, druga zasada termodynamikioraz termalizacja, proces, w wyniku którego procesy fizyczne osiągają równowagę termiczną.
Dwuwymiarowy przepływ Eulera zmienia się z porządku w nieuporządkowany, a system jest poza równowagą z powodu intrygującej wymiany energii pomiędzy strukturami przepływu, która narusza dokładny bilans energetyczny. Nierównowagowe zachowanie turbulencji Eulera 2D jest spowodowane odwrotną kaskadą energii.
Wykorzystując entropię hydrodynamiczną do turbulencji Eulera, naukowcy wykazali, że entropia hydrodynamiczna dwuwymiarowego przepływu Eulera maleje z czasem w miarę zbliżania się do stanu asymptotycznego. Duet odkrył również, że końcowy stan przepływu zależy w dużym stopniu od warunku początkowego.
Odkrycia pokazują, że izolowany system dynamiczny może ewoluować od nieporządku do porządku w skalach makroskopowych i że należy zachować ostrożność w przypadku ogólnych twierdzeń o „ewolucji od porządku do nieporządku” w dowolnym systemie. Na podstawie swoich odkryć profesor Verma i pan Chatterjee uważają, że podobna ewolucja może zachodzić w układach samograwitujących.
Według naukowców, entropia hydrodynamiczna może być przydatna do ilościowego określania porządku w systemach biologicznych, hydrodynamicznych, astrofizycznych, ekologicznych i ekonomicznych.
Referencje czasopisma:
- Mahendra K. Verma i Soumyadeep Chatterjee. Entropia hydrodynamiczna i powstawanie porządku w dwuwymiarowej turbulencji Eulera. Płyny z przeglądu fizycznego. Tom 7. Listopad 2022. Nr artykułu: 114608. DOI: 10.1103/PhysRevFluids.7.114608
