Bilele de turbulență sunt izolate folosind inele vortex – Physics World

Cercetătorii din SUA au izolat o minge de turbulență în interiorul unui rezervor de apă și au susținut-o prin tragerea de inele vortex din colțurile rezervorului. William Irvine iar colegii de la Universitatea din Chicago spun că noua lor tehnică ar putea duce la o transformare a modului în care turbulențele sunt studiate experimental.

De la turbulențe într-un curent până la turbulențele de gaz în spațiul interstelar, turbulențele stă la baza comportamentului multor sisteme diferite din natură. Principalele sale caracteristici sunt ușor de observat și includ fluctuații neregulate și neregulate ale vitezei și presiunii. Cu toate acestea, în ciuda ubicuității lor, cercetătorii se străduiesc să descrie exact cum se comportă fluidele turbulente.

„Turbulențele apar peste tot în jurul nostru, dar continuă să eludeze ceea ce fizicienii consideră o descriere satisfăcătoare.” explică Irvine. „De exemplu, dacă întrebi, pot să prezic ce se va întâmpla în continuare când ating această regiune de turbulențe? Raspunsul este nu. Nici măcar cu un supercomputer.”

Tulburări controlate

În timp ce turbulențele pot fi create și studiate în laborator, este foarte dificil să împiedici un fluid turbulent să interacționeze cu pereții recipientului său sau cu aparatul de agitare folosit pentru a genera turbulențe. Până acum, acest eșec i-a împiedicat pe fizicieni să înțeleagă cum evoluează fluidele turbulente în timp, dacă nu sunt deranjate, sau cum răspund la perturbări controlate.

Pentru a face față acestei provocări, echipa lui Irvine a căutat să creeze o regiune complet izolată de turbulență folosind inele vortex. Acestea sunt vârtejuri circulare de fluid care generează turbulențe în timp ce se ciocnesc unele de altele.

La început, Irvine și colegii au făcut acest lucru, plasând jeturi inelare generatoare de vortex la fiecare capăt al unui rezervor de apă. Apa a fost însămânțată cu bule pentru a vizualiza mișcările inelelor. Deși inițial s-au observat turbulențe, fluxurile s-au recombinat în cele din urmă pentru a crea noi seturi de inele, care s-au deviat de la punctul original de coliziune.

Opt inele vortex

În ultimul lor studiu, echipa lui Irvine a plasat în schimb un jet inel în fiecare colț al rezervorului - cu rezultate mult mai interesante. Pe măsură ce cele opt inele vortex s-au ciocnit, au creat o minge aproximativ sferică de turbulență în centrul rezervorului. Nu numai că mingea a fost complet izolată de pereții tancului; ar putea fi susținut pur și simplu prin tragerea periodică a mai multor inele vortex în rezervor.

„Nimeni nu știa că acest lucru este posibil”, spune membrul echipei Takumi Matsuzawa. „Turbulența este foarte bună la amestecarea lucrurilor; dacă amestecați laptele în cafea, puteți obține doar una sau două turbii înainte ca acesta să devină complet amestecat. Faptul că îl putem ține în loc este foarte surprinzător.”

E ca și cum ai sta liniștit pe un câmp cu un picnic și ai privi o furtună care năvăli la 50 de metri distanță

William Irvine

Cu această configurație, echipa ar putea combina inele de vortex precum blocurile LEGO – controlând parametrii inclusiv energia și helicitatea inelelor – acestea din urmă descriind dacă vortexurile s-au rotit în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic.

La urma urmei, curgerea turbulentă este universală?

La rândul lor, ei puteau ajusta parametrii turbulenței din interiorul mingii, apoi observa cum a evoluat pe măsură ce o susțineau cu mai multe inele de vortex – sau cum s-a disipat pe măsură ce au încetat să mai adauge noi inele. „Este ca și cum ai sta liniștit pe un câmp cu un picnic și ai privi o furtună care năvăli la 50 de metri distanță”, descrie Irvine.

Cercetătorii speră acum că munca lor ar putea duce la un progres în dezvoltarea de noi tehnici pentru studierea turbulenței. Prin sculptarea fluxurilor turbulente folosind inele vortex, ei sugerează că turbulența ar putea fi tratată ca o stare a materiei cu caracteristici care pot fi controlate și manipulate cu atenție.

La rândul său, acest lucru ar putea deschide calea pentru o gamă diversă de noi experimente, explorând multe exemple diferite de fluxuri turbulente din natură. „Sper cu adevărat că acest lucru poate ajuta la deschiderea unui nou loc de joacă pe teren”, spune Irvine.

Cercetarea este descrisă în Fizica naturii.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. Automobile/VE-uri, carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• BlockOffsets. Modernizarea proprietății de compensare a mediului. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/balls-of-turbulence-are-isolated-using-vortex-rings/