تقریباً تمام سیال بہاؤ ہنگامہ خیز ہوتے ہیں، متنوع مقامی اور وقتی ڈھانچے کی نمائش کرتے ہیں۔ ہنگامہ خیزی انتشار کا شکار ہے، جہاں وقت کے ارتقا کے ساتھ ساتھ چھوٹی بیرونی رکاوٹیں نمایاں طور پر مختلف طرز عمل کا باعث بن سکتی ہیں۔ ان خصوصیات کے باوجود، ٹربلنس بہاؤ کے نمونوں کی نمائش کر سکتا ہے جو کافی عرصے تک برقرار رہتا ہے، جسے مربوط ڈھانچے کے نام سے جانا جاتا ہے۔
سائنسدانوں اور انجینئروں نے ہنگامہ خیز سیال کے بہاؤ کی پیشن گوئی کرنے اور اس میں تبدیلی کرنے کے طریقوں پر حیرانی کا اظہار کیا ہے، اور یہ طویل عرصے سے سائنس اور انجینئرنگ میں سب سے زیادہ چیلنجنگ مسائل میں سے ایک رہا ہے۔
سے طبیعیات دان ٹیکنالوجی کے جارجیا انسٹیٹیوٹ اس کا پتہ لگانے کا ایک نیا طریقہ تیار کیا ہے جب ٹربلنس ان مربوط بہاؤ کے ڈھانچے سے ملتا ہے۔ اس طریقہ کار کو استعمال کرتے ہوئے، انہوں نے یہ ظاہر کیا - عددی اور تجرباتی طور پر - کہ ہنگامہ خیزی کو سمجھا جا سکتا ہے اور اس کی مقدار مقرر کی جا سکتی ہے۔ سیال حرکیات جو ایک مخصوص جیومیٹری کے لیے ایک بار اور سب کے لیے پہلے سے گنتی کی جا سکتی ہے۔
رومن گریگوریف، سکول آف فزکس، جارجیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی، اٹلانٹا نے کہا، "تقریبا ایک صدی سے، ہنگامہ خیزی کو شماریاتی طور پر ایک بے ترتیب عمل کے طور پر بیان کیا گیا ہے۔ ہمارے نتائج پہلی تجرباتی مثال فراہم کرتے ہیں کہ، مناسب طور پر مختصر وقت کے پیمانے پر، کی حرکیات استرتا تعیین پسند ہے - اور اسے بنیادی تعییناتی گورننگ مساوات سے جوڑتا ہے۔"
ہنگامہ خیز بہاؤ کے ارتقاء کی مقداری پیشین گوئی کرنا — اور درحقیقت، ان کی تقریباً کسی بھی خاصیت کی — بلکہ مشکل ہے۔ عددی تخروپن واحد قابل اعتماد موجودہ پیشین گوئی نقطہ نظر ہے۔ لیکن یہ مہنگا پڑ سکتا ہے۔ ہماری تحقیق کا مقصد پیشین گوئی کو کم مہنگا بنانا تھا۔
دو آزادانہ طور پر گھومنے والے سلنڈروں کے درمیان محدود کمزور ہنگامہ خیز بہاؤ کو دیکھ کر- سائنسدانوں نے ہنگامہ خیزی کا ایک نیا روڈ میپ بنایا۔ اس نے سائنس دانوں کو تجرباتی مشاہدات کا انفرادی طور پر عددی حسابی بہاؤ کے ساتھ موازنہ کرنے کی اجازت دی جس کی وجہ زیادہ مانوس جیومیٹریوں میں "اختتام کے اثرات" کی عدم موجودگی کی وجہ سے، جیسے پائپ کا بہاؤ۔
تجربے میں شفاف دیواروں کا استعمال مکمل بصری رسائی اور جدید بہاؤ کے تصور کی اجازت دینے کے لیے کیا گیا تاکہ سائنسدانوں کو لاکھوں معلق فلوروسینٹ ذرات کی نقل و حرکت کا سراغ لگا کر بہاؤ کو دوبارہ تشکیل دینے کے قابل بنایا جا سکے۔ اس کے ساتھ ہی، انہوں نے جزوی تفریق مساوات (Navier-Stokes equation) کے متواتر حلوں کی گنتی کے لیے جدید عددی طریقوں کا استعمال کیا، جو تجربے سے مماثل حالات کے تحت سیال کے بہاؤ کو کنٹرول کرتا ہے۔
جیسا کہ اوپر ذکر کیا گیا ہے، ہنگامہ خیز سیال کا بہاؤ مربوط ڈھانچے کو ظاہر کرتا ہے۔ ان کے تجرباتی اور عددی اعداد و شمار کا تجزیہ کرتے ہوئے، سائنسدانوں نے دریافت کیا کہ یہ بہاؤ کے نمونے اور ان کا ارتقاء ان سے مشابہت رکھتا ہے جو ان کے مخصوص حل کے ذریعے بیان کیے گئے ہیں۔
یہ خاص حل متواتر اور غیر مستحکم ہیں، مختصر وقفوں پر دہرائے جانے والے بہاؤ کے نمونوں کو بیان کرتے ہیں۔ ہنگامہ خیزی ایک کے بعد ایک حل کی پیروی کرتی ہے، یہ بتاتی ہے کہ پیٹرن کیسے اور کب ظاہر ہوسکتے ہیں۔
گریگوریف نے کہا, "ہم نے اس جیومیٹری میں پائے جانے والے تمام تکراری حل نیم متواتر نکلے، جن کی خصوصیت دو مختلف تعدد ہے۔ ایک فریکوئنسی نے سمیٹری کے محور کے گرد بہاؤ کے پیٹرن کی مجموعی گردش کو بیان کیا، جبکہ دوسری نے پیٹرن کے ساتھ مل کر گھومنے والے ریفرنس فریم میں بہاؤ پیٹرن کی شکل میں ہونے والی تبدیلیوں کو بیان کیا۔ ان کو گھومنے والے فریموں میں متعلقہ بہاؤ وقفے وقفے سے دہراتے ہیں۔
"پھر ہم نے تجربات میں ہنگامہ خیز بہاؤ اور براہ راست عددی نقالی کا موازنہ ان بار بار حل کے ساتھ کیا اور ٹربولینس کو ایک کے بعد ایک بار بار آنے والے حل کو قریب سے فالو (ٹریک) کرنے کے لئے پایا، جب تک کہ ہنگامہ خیز بہاؤ برقرار رہے۔ کم جہتی افراتفری والے نظاموں کے لیے اس طرح کے معیاری رویوں کی پیشین گوئی کی گئی تھی، جیسا کہ مشہور لورینز ماڈل، جو چھ دہائیوں قبل فضا کے انتہائی آسان ماڈل کے طور پر اخذ کیا گیا تھا۔
"یہ کام ہنگامہ خیز بہاؤ میں مشاہدہ کیے جانے والے افراتفری سے باخبر رہنے والے بار بار حل کے پہلے تجرباتی مشاہدے کی نمائندگی کرتا ہے۔ ہنگامہ خیز بہاؤ کی حرکیات، بلاشبہ، متواتر حلوں کی نیم متواتر نوعیت کی وجہ سے کہیں زیادہ پیچیدہ ہیں۔"
"اس طریقہ کا استعمال کرتے ہوئے، ہم نے حتمی طور پر ظاہر کیا کہ یہ ڈھانچے جگہ اور وقت میں ٹربولنس کی تنظیم کو اچھی طرح سے پکڑتے ہیں۔ یہ نتائج ہم آہنگ ڈھانچے کے لحاظ سے ہنگامہ خیزی کی نمائندگی کرنے اور ہماری پیش گوئی کرنے، کنٹرول کرنے اور انجنیئر فلو کے بہاؤ کی صلاحیت پر افراتفری کے تباہ کن اثرات پر قابو پانے کے لیے بروقت اپنی استقامت کا فائدہ اٹھانے کی بنیاد رکھتے ہیں۔
"یہ نتائج سب سے زیادہ فوری طور پر طبیعیات دانوں، ریاضی دانوں، اور انجینئروں کی کمیونٹی پر اثر انداز ہوتے ہیں جو ابھی تک فلو ٹربلنس کو سمجھنے کی کوشش کر رہے ہیں، جو کہ "تمام سائنس میں شاید سب سے بڑا حل نہ ہونے والا مسئلہ ہے۔"
"یہ کام اسی گروپ کی طرف سے فلوڈ ٹربولنس پر پچھلے کام کی تعمیر اور توسیع کرتا ہے، جن میں سے کچھ کی رپورٹ جارجیا ٹیک میں 2017 میں دی گئی تھی۔ اس اشاعت میں زیر بحث کام کے برعکس، جس نے مثالی دو جہتی سیال کے بہاؤ پر توجہ مرکوز کی، موجودہ تحقیق اس بات کا پتہ دیتی ہے۔ عملی طور پر اہم اور زیادہ پیچیدہ سہ جہتی بہاؤ۔
"بالآخر، یہ مطالعہ فلو ٹربلنس کے لیے ایک ریاضیاتی بنیاد رکھتا ہے جو کہ فطرت میں شماریاتی کے بجائے متحرک ہے - اور اس لیے مقداری پیشین گوئیاں کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے، جو مختلف ایپلی کیشنز کے لیے اہم ہیں۔"
جرنل حوالہ:
- کرسٹوفر جے کرولی وغیرہ۔ ہنگامہ خیزی بار بار آنے والے حل کو ٹریک کرتی ہے۔ نیشنل اکیڈمی آف سائنسز کی کاروائی. ڈی او آئی: 10.1073 / PNN.2120665119
