使用涡环隔离湍流球 – 物理世界

美国的研究人员在水箱内隔离了一个湍流球，并通过从水箱的角落发射涡流环来维持它。 威廉·欧文 和芝加哥大学的同事表示，他们的新技术可能会导致湍流实验研究方式的转变。

从溪流中的涡流到星际空间中的气体漩涡，湍流支撑着自然界许多不同系统的行为。 其主要特征很容易发现，包括速度和压力的不规则和不稳定的波动。 然而，尽管湍流无处不在，但研究人员仍难以准确描述湍流流体的行为。

“我们周围到处都有湍流，但它一直无法得到物理学家认为令人满意的描述。” 欧文解释道。 “例如，如果你问，我能预测当我戳到这个湍流区域时接下来会发生什么吗？ 答案是不。 甚至连超级计算机都没有。”

受控干扰

虽然可以在实验室中创建和研究湍流，但很难防止湍流流体与其容器壁或用于产生湍流的搅拌装置相互作用。 到目前为止，这一挫折使物理学家无法理解湍流流体在不受干扰的情况下如何随时间演变，或者它们如何响应受控扰动。

为了应对这一挑战，欧文的团队试图使用涡环创建一个完全隔离的湍流区域。 这些是圆形的流体漩涡，当它们相互碰撞时会产生湍流。

起初，欧文和同事通过在水箱的两端放置产生涡流的环形喷嘴来做到这一点。 水中撒满了气泡，以可视化环的运动。 尽管最初观察到湍流，但流动最终重新组合形成新的环组，这些环偏离原始碰撞点。

八个涡环

在他们最新的研究中，欧文的团队在水箱的每个角落都放置了一个环形喷嘴 - 得到了更有趣的结果。 当八个涡环碰撞时，它们在水箱中心产生了一个大致球形的湍流球。 球不仅与罐壁完全隔离，而且与罐壁完全隔离。 只需定期向水箱中发射更多涡环即可维持它。

“没有人知道这是可能的，”团队成员说 松泽匠美。 “湍流非常擅长混合事物； 如果将牛奶混合到咖啡中，则只能旋转一两次才能完全混合。 我们能够将其控制在适当的位置，这一事实非常令人惊讶。”

这就像平静地坐在田野里野餐，看着 50 英尺外的风暴肆虐

威廉·欧文

通过这种设置，团队可以像乐高积木一样组合涡旋环 - 控制包括环能量和螺旋度在内的参数 - 后者描述涡旋是顺时针还是逆时针旋转。

湍流到底是普遍存在的吗？

反过来，他们可以微调球内湍流的参数，然后观察当他们用更多涡环维持它时它是如何演变的，或者当他们停止添加新环时它是如何消散的。 “这就像平静地坐在田野里野餐，看着 50 英尺外的风暴肆虐，”欧文描述道。

研究人员现在希望他们的工作能够为研究湍流的新技术的开发带来突破。 通过使用涡环塑造湍流，他们认为湍流可以被视为一种具有可以仔细控制和操纵特征的物质状态。

反过来，这可以为各种新实验铺平道路，探索自然界湍流的许多不同例子。 “我真的希望这能够帮助在该领域开辟一个新的游乐场，”欧文说。

该研究描述于 自然物理学.

• SEO 支持的内容和 PR 分发。 今天得到放大。
• PlatoData.Network 垂直生成人工智能。 赋予自己力量。 访问这里。
• 柏拉图爱流。 Web3 智能。 知识放大。 访问这里。
• 柏拉图ESG。 汽车/电动汽车， 碳， 清洁科技, 能源， 环境， 太阳能， 废物管理。 访问这里。
• 块偏移量。 现代化环境抵消所有权。 访问这里。
• Sumber: https://physicsworld.com/a/balls-of-turbulence-are-isolated-using-vortex-rings/