Физики разобрались с взаимодействием вихрей

Ученые выделили три типа взаимодействия двух тороидальных (кольцеобразных) вихрей и создали математическую модель, которая отслеживает все этапы этих взаимодействий. Разработанная модель может найти применение в таких областях, как климатология, энергетика и офтальмология. Результаты работы сотрудников физического факультета и факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ имени М.В. Ломоносова были опубликованы в журнале Journal of Physics: Conference Series.

Тороидальный вихрь — это явление, при котором движущийся поток газа или жидкости «тормозит» и закручивается, образуя «бублик». Это происходит, например, когда курильщик выпускает кольцо сигаретного дыма. Несмотря на давнюю историю исследования тороидальных вихрей, процесс их образования и взаимодействия друг с другом ученые исследовали недостаточно подробно. До сих пор физики детально не изучили такие важные характеристики, как распределение трехмерного поля скоростей, распределение плотности и температуры в вихрях в различные моменты времени при их образовании. Это связано с тем, что определить эти локальные характеристики вихрей в эксперименте довольно трудно.

В результате численных экспериментов ученые выделили три типа взаимодействия двух устойчивых тороидальных вихрей, которые зависят от массы и скорости каждого из вихрей, в разных средах. Так, один вихрь может поглотить другой, после чего объединенный вихрь будет двигаться туда, куда следовал поглотивший. Во втором случае оба вихря могут распасться, и вместо них появятся новые вихри, которые будут двигаться в плоскости, перпендикулярной первоначальной плоскости движения. При третьем же типе направление движения каждого из вихрей изменится, и впоследствии, возможно, один из них поглотит другой.

Ученые смоделировали процесс формирования и взаимодействия тороидальных вихрей. Для этого они использовали уравнения неразрывности и движения Навье — Стокса, а также уравнения теплопроводности и состояния Менделеева — Клапейрона. «Разработанная математическая модель позволяет подробно отследить все этапы такого взаимодействия в каждом из описанных случаев, — рассказал один из авторов статьи Сергей Складчиков. — Это, в свою очередь, позволило нам сделать выводы о процессах, которые могут развиваться при реальном столкновении вихревых структур, а также прогнозировать их последствия».

«Разработанный программный комплекс можно применить для решения конкретных задач в разных областях человеческой деятельности, например, в нефтегазовой промышленности (тушение фонтанирующих пожаров), энергетике, исследовании климата (взаимодействие атмосферных вихрей, возможность предсказания погоды и других природных катаклизмов устойчивой структуры), разработке нелетального оружия, офтальмологии», — заключил ученый.

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

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.