Физики выяснили, как формируется турбулентность

Исследователи из США и Франции, используя камеры сверхвысокого разрешения, смогли выяснить фундаментальный механизм развития турбулентности. О своем открытии авторы сообщили в журнале Science Advances.

Турбулентность возникает, когда в упорядоченном потоке жидкости или газа вследствие каких-либо изменений во внешних условиях возникает смешивание слоев и параллельно текущие слои вещества закручиваются в небольшие вихри. Это явление известно довольно давно — оно часто наблюдается в природе и используется человеком в своих целях. Но механика этого процесса до сих пор оставалась до конца не выясненной.

В новом исследовании авторы из Гарвардского, Лионского и Хьюстонского университетов решили проанализировать динамику столкновения двух потоков газа, используя численное моделирование и сверхскоростную камеру. Ученые окрасили потоки газа, двигавшиеся в разные стороны, и столкнули их друг с другом. Так они хотели понять, как происходит рассеивание энергии при создании турбулентных потоков.

Смоделировав зафиксированный на камеры процесс на компьютере, ученые смогли проникнуть в некоторые его важные детали. Они выяснили, что кольца газа при столкновении друг с другом вытягиваются наружу, а края образуют антисимметричные волны. Гребни этих волн развиваются в пальцевидные нити, которые растут перпендикулярно сталкивающимся ядрам.

Эти нити вращаются в обратную сторону по сравнению со своими соседями, создавая новый массив миниатюрных вихрей, которые взаимодействуют друг с другом в течение нескольких миллисекунд. Затем вихри также образуют нити, но меньшего размера и процесс повторяется по новой, пока на определенном расстоянии не затихнет совсем. Исследователи смогли наблюдать три цикла этого процесса, каждый из которых был похож на предыдущий и отличался только размером — как матрешка.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.