`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Леонид Бараш

Давнюю идею Колмогорова о турбулентности опровергнуто

+44
голоса

В 1941 г. Андрей Колмогоров разработал теорию турбулентности, которая служила в качестве основного фундамента для нашего понимания этого важного природного явления.

Турбулентность возникает, когда поток жидкости характеризуется хаотическими физическими изменениями. Теория А. Н. Колмогорова подразумевала, что переходы от одного состояния турбулентности к другому должны быть плавными, потому что очень интенсивные флуктуации, которые являются частью самого процесса, будут его сглаживать.

Теперь, однако, новый эксперимент, проведенный физиками из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB), опровергает эту интерпретацию теории Колмогорова.

«В нашей работе мы предлагаем экспериментальные доказательства, что эти переходы действительно резкие, - сказал проф. Гюнтер Алерс (Guenter Ahlers), из отдела физики UCSB. – Наши данные показали, что интерпретация Колмогорова было неправильной. Для физика это очень важный шаг вперед».

Проф. Алерс и его научные сотрудники Пин Вэй (Ping Wei) и Стефан Вайс (Stephan Weiss) изучают турбулентную конвекцию, которая играет важную роль в многочисленных природных и производственных процессах. Турбулентная конвекция является результатом нагрева жидкости снизу и охлаждения сверху. Когда перепад температур увеличивается, конвективный поток становится настолько сильным, что поле скоростей становится турбулентным.

Используя цилиндрическую вращающуюся систему, построенную командой проф. Алерса, исследователи нагрели жидкость снизу, так что она расширилась и стала менее плотной, чем в верхней части. Сила тяжести заставила жидкости меняться местами друг с другом, что, в свою очередь, создало турбулентность. Тогда ученые добавили вращение.

«Когда вы вращаете жидкость, создаются новые действующие силы, в том числе, силы Кориолиса – результат вращения Земли, а также вращения в лаборатории, – которые закручивают жидкость в маленькие вихри, или торнадо, - объяснил проф. Алерс. - Таким образом, система полна маленьких торнадо возле нагревательной пластины, а также вверху, только там они холодные. Во-первых, эти смерчи не связаны, потому что они относительно короткие. Но по мере того как цилиндр вращается все быстрее и быстрее, торнадо расширяются и, в конечном итоге, образуют колонны по всей этой системе. Когда это происходит, физики говорят, что симметрия системы изменяется».

Следующим шагом для проф. Алерса и его команды было измерение переноса тепла, которая выражается числом Нуссельта. Вильгельм Нуссельт был немецкий инженер в начале 1900-х годов, который измерял перенос тепла через окна с двойными стеклами.

«Если посмотреть на числа Нуссельта, то можно увидеть разрывы, которые показывают, что перенос тепла не меняется плавно по мере того как скорость вращения увеличивается, - сказал проф. Алерс. - Кстати, Лев Ландау говорил это нам давным-давно. И хотя Ландау говорил не о турбулентных системах, его аргументы могут быть непосредственно перенесены на состояние турбулентности. Ландау говорил, что когда симметрия системы изменяется, то эти изменения должны быть резкими. Они не могут быть гладкими, потому что система имеет только два состояния: неупорядоченное или упорядоченное и между ними нет ничего. Беда в том, что люди в турбулентности никогда не думали о Ландау, потому что он работал в совершенно другой области, а информация не дошла, потому что ее слишком много. Но я работал в области критических явлений много лет и знал работы Ландау очень хорошо. Тогда я изменил подход к изучению турбулентности, и, когда этот вопрос возник, для меня было очевидно, что происходит».

В работе исследователи использовали облачные улицы – длинные ряды кучевых облаков, ориентированных параллельно направлению ветра, – в качестве повседневного примера природной турбулентной конвекции. Эти плоские внизу и пушистые вверху облака образуются, когда холодный воздух переносится над более теплой водой, а более нагретый слой воздуха (инверсия температуры) лежит поверх обоих.

Как сравнительно теплая вода отдает тепло и влагу холодному воздуху, колонны нагретого воздуха, называемые термалами (termals), естественно поднимаются вверх в атмосфере. Когда поднимающиеся термалы сталкиваются с теплым слоем воздуха, они закручиваются, создавая параллельные цилиндры вращающегося воздуха, которые действуют аналогично жидкости в цилиндрической вращающейся системе, построенной проф. Алерсом. В то время как процесс выглядит гладким, последний эксперимент проф. Алерса доказывает, что это далеко не так.

Давнюю идею Колмогорова о турбулентности опровергнуто

Облачная улица – длинные ряды кучевых облаков, ориентированных параллельно направлению ветра – это ежедневный пример естественной турбулентной конвекции

+44
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT