Блог

Jun 16, 2023

Физики измерили температуру потоков жидкости и открыли новую роль турбулентности

Команда физиков открыла новую роль определенного типа

Команда физиков обнаружила новую роль определенного типа турбулентности — открытие, которое проливает свет на потоки жидкости, начиная от жидкого ядра Земли и заканчивая кипящей водой.

Исследование, которое появляетсяв журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, посвященном турбулентной конвекции — движению жидкости при нагревании снизу.

«Наши эксперименты показывают сложные движения между свободно движущимся телом и тепловыми конвективными потоками», — говорит Цзюнь Чжан, профессор математики и физики Нью-Йоркского университета (Нью-Йоркский университет) и Нью-Йоркского университета в Шанхае, старший автор статьи.

Исследование, в котором также участвовал Кайжэ Ван, исследователь с факультета физики Нью-Йоркского университета, было сосредоточено конкретно на конвекции Рэлея-Бенара — типе конвекции, вызванной разницей температур.

В своих экспериментах, проведенных в Объединенном научно-исследовательском институте Нью-Йоркского университета в Шанхае, авторы статьи использовали цилиндрический контейнер, наполненный водой, а затем нагревали его снизу, создавая конвективные потоки. Образовавшиеся турбулентные потоки взаимодействовали с подвешенным твердым телом (прямоугольной панелью), которое свободно перемещалось внутри контейнера. Такая ситуация позволила исследователям лучше изучить, как турбулентные потоки взаимодействуют с твердыми структурами внутри.

«На удивление, система стала вести себя более-менее хорошо», — отмечает Чжан. «Мы наблюдали плавное вращение потоков и свободного твердого тела».

Их результаты показали, что турбулентные потоки, вызванные конвекцией, вместе с твердым телом могут двигаться в двух направлениях — по часовой стрелке и против часовой стрелки — при этом скорость совместного вращения увеличивается с интенсивностью конвекции. Более того, их вращение иногда может менять направление из-за турбулентности.

«Исследование, вдохновленное вращением внутреннего ядра Земли при его взаимодействии с конвективным жидким ядром, фиксирует взаимодействие между турбулентным потоком и свободно движущимся телом внутри потока», — объясняет Чжан. «Результаты подтверждают, что турбулентность можно контролировать путем взаимодействия с твердыми телами. Это также напоминает нам, что сила тепловой конвекции может играть более важную роль внутри нашей планеты Земля».

- Этот пресс-релиз первоначально был опубликован на веб-сайте Нью-Йоркского университета.