13:11
Comentarii Adauga Comentariu

_ Noul model descrie pufurile, limacșii și rolul aleatoriei în turbulența de tranziție

_ Noul model descrie pufurile , melci și rolul aleatoriei în turbulențele de tranziție

Menționați cuvântul „turbulență” și puteți evoca imagini cu zboruri accidentate, vreme furtunoasă și curenți agitați din ocean sau râu. Pentru mulți, turbulența este un fapt din viața de zi cu zi, dar este și unul dintre fenomenele fizice cel mai puțin înțelese. În special, punctul în care mișcarea unui fluid trece de la un flux neted și previzibil (cunoscut sub denumirea de „laminar”) la aleatoriu și imprevizibil (cunoscut sub numele de „turbulență”) – așa-numita tranziție laminar-turbulentă – continuă să deranjeze oamenii de știință de la Osborne. Reynolds l-a studiat pentru prima dată experimental în țevi în 1883.

Acum, o echipă de oameni de știință cu sediul la Universitatea Illinois Urbana-Champaign, Universitatea din California San Diego și Academia Sinica din Taiwan au arătat cum să țină seama pentru modelele aleatoare și dinamica turbulenței în conducte în regim de tranziție. Lucrarea lor folosește idei noi care își au originea în domenii atât de disparate precum mecanica statistică și ecologia și se bazează pe dovezile tot mai mari că tranziția laminar-turbulentă are proprietăți statistice care pot fi gândite cel mai bine în termeni de teoria tranzițiilor de fază neechilibrate.

Echipa este formată din studentul absolvent de fizică UIUC Xueying Wang, cercetătorul de la Academia Sinica Hong-Yan Shih și profesorul emerit de fizică și cercetare Nigel Goldenfeld. Goldenfeld este în prezent profesor distins de fizică al cancelarului la Universitatea din California San Diego.

Autorii și-au publicat rezultatele pe 11 iulie 2022, în revista Physical Review Letters.

Pufurile și melcii sunt caracteristici ale turbulenței de tranziție

Reynolds a descoperit că în conducte, tranziția laminar-turbulentă are loc într-un mod neregulat pe măsură ce viteza de curgere este crescută. Bucuri de fluid turbulent, cunoscute astăzi sub numele de „pufături”, apar în apropierea tranziției laminar-turbulente și sunt separate de regiuni de flux laminar. Modalitățile precise în care pufurile apar și se mișcă sau chiar se împart în două depind de geometria spațiului prin care curge un fluid. Aceste fenomene complexe contribuie la reputația bine câștigată a turbulenței ca fiind una dintre ultimele probleme restante din fizica clasică. La viteze și mai mari, zonele turbulente cresc de fapt, mai degrabă decât să se miște sau să se despartă: aceste regiuni în creștere ale turbulenței sunt numite „limacși”.

Pentru a construi o imagine mai clară a tranziției la turbulență, cercetătorii au dezvoltat un nou model minimal pentru înțelegerea pufurilor și melcilor folosind metode importate din biologia teoretică a populației. Cercetătorii au descoperit că ar putea reprezenta fluxul de energie al fluidului în apropierea tranziției laminar-turbulente în ceea ce privește fluxul de energie care apare într-un ecosistem prădător-pradă, în care nutrienții sunt energia fluxului de fundal, prădătorul este o anumită structură de curgere. care inhibă turbulența, iar turbulența este prada. Acest model ecologic recapitulează comportamentul turbulent atât în ​​conductă, cât și în fluxul Taylor-Couette, un tip de curgere rotațională — un obiectiv pe care modelele anterioare nu l-au atins.

Goldenfeld spune: „În urmă cu șase ani, s-a făcut o descoperire dovezi teoretice și experimentale care converg către o descriere a pufurilor turbulente care ies din fluxul laminar, în termeni de teoria tranziției de fază. Cu toate acestea, această lucrare a lăsat deschisă întrebarea ce se întâmplă la viteze mai mari de curgere, departe de punctul de basculanță în sine.

< „Noua noastră lucrare arată că același cadru și metode conceptuale se aplică și în regimul melcilor și recapitulează în detaliu remarcabil constatările experimentale. Este fantastic să vezi că conceptele din teoria tranziției de fază și ecologie se unesc în problema complet diferită a mecanicii fluidelor.”

Limacșii înșiși prezintă comportamente interesante și vin în două arome, limacși slabi și limacși puternici, ambele fiind caracterizate de cel puțin un „front”, o regiune care conține o limită între fluidele laminare și cele turbulente.

Autorul principal Wang explică: „Fața unui melc este ca un front meteorologic. Pe o parte a frontului este fluid laminar. Pe cealaltă parte este turbulența. Frontul este ca o limită de fază și se mișcă. în spațiu, la o viteză constantă. În conducte se obțin melci la fel de bine ca și puf. Dar melcii slabi la viteză mai mică a fluidului au un singur front în amonte, în timp ce melcii puternici cu viteză mai mare au fronturi atât în ​​direcția amonte, cât și în aval. Acești factori și bogăția fenomenelor de tranziție face înțelegerea turbulenței tranziționale cu adevărat dificilă. Munca noastră oferă un cadru unificat care tratează toate aceste regimuri, diferite geometrii de flux și aleatorietatea inerentă."

Modelele prădător-pradă și turbulența converg

>

Cercetătorii au putut să ia avantajul unei legături surprinzătoare pe care au găsit-o în lucrările anterioare între biologia populației și turbulența de tranziție.

Modelarea modului în care prădătorii interacționează cu prada lor este o temă populară în biologia populației. Ideea de bază este simplă: prădătorii se reproduc și mănâncă prada, reducându-și populația; prada se reproduc, de asemenea, restabilindu-si numarul si oferind pradatorilor hrana. Apoi ciclul se repetă. Mai simplu spus, prădătorii inhibă prada, în timp ce prada întărește prădătorii. Oamenii de știință pot deduce multe informații din aceste modele, cum ar fi modul în care populațiile de prădători și pradă variază de-a lungul timpului, precum și cât timp durează ca fiecare să se stingă din cauza, de exemplu, lipsa hranei sau supraprădarea.

Într-un studiu anterior, Shih și Goldenfeld, lucrând cu fostul student de licență Tsung-Lin Hsieh (acum bursier postdoctoral la Universitatea Princeton), au arătat că există o analogie între modelele prădător-pradă și turbulență care poate fi exprimată în termeni matematici. . Când fluidul curge printr-o țeavă, sunt generate două tipuri de mișcare a fluidului. Primul tip este un model de vortex care se învârte în jurul axei țevii, numit „flux zonal”. Al doilea tip este turbulența de-a lungul axei conductei. Autorii au descoperit că turbulența se acumulează în mod constant și activează fluxul zonal, care ulterior suprimă turbulența. Cu alte cuvinte, fluxul zonal corespunde prădătorilor, iar turbulența corespunde pradei.

Cercetătorii au descoperit că distribuția de probabilitate a duratei de viață a turbulenței de tranziție se potrivește exact cu cea a prădătorilor și a pradei dintr-un ecosistem, o conexiune uimitoare având în vedere că biologia populației și dinamica fluidelor sunt domenii aparent disparate.

Hong-Yan Shih comentează: „Această conexiune ne ajută să înțelegem comportamentul tranzițional complex al turbulenței din punctul de vedere al tranzițiilor de fază în mecanica statistică. Mai exact, această descoperire oferă ingredientele cheie pentru a construi o teorie eficientă, care duce la predicția că tranziția laminar-turbulentă în fluide este o tranziție de fază de neechilibru în clasa de universalitate a percolației direcționate.

„Percolarea dirijată poate fi considerat ca fiind procesul familiar care se întâmplă atunci când apa picură prin zațul de cafea într-un percolator. Dacă terenul este prea strâns, apa nu poate trece. Pe de altă parte, dacă zațul este prea slab, apa poate trece, dar cafeaua este de nebăut. Există un punct critic în care apa reușește să treacă și durează suficient de mult pentru ca cafeaua să aibă un gust bun.

„Din punct de vedere matematic, acest fenomen este exact ceea ce se întâmplă în tranziția la turbulență și tranziția unei funcționări. Ecosistem. Matematica tranzițiilor de fază, fondată în lucrarea câștigătoare a premiului Nobel a lui K. Wilson, explică modul în care apare acest fenomen remarcabil.”

Această lucrare anterioară, totuși, s-a uitat la turbulența unui singur puf. Viața reală nu este la fel de simplă, iar fluidele reale din apropierea tranziției laminar-turbulente conțin mai multe pufături care cresc, se sting și interacționează în moduri complexe pe măsură ce viteza de curgere crește. Cercetătorii au trebuit să-și extindă modelul pentru a surprinde dinamica mai complicată dincolo de cea a unui singur puf.

Extinderea modelului prădător-pradă prin încorporarea nutrienților

Pentru a surprinde dinamica complexă găsită în experimente dincolo de punctul critic al studiului actual, autorii au decis să ia în considerare bilanțul energetic în fluxul conductei.

Wang explică: „Turbulența este o structură disipativă care are nevoie de un aport constant de energie pentru a fi susținută și acea energie. provine din fluxul laminar. Acest fapt a fost demonstrat anterior prin simulări exacte pe computer ale ecuațiilor fluidelor, dar nu ne-a permis să înțelegem într-un mod predictiv fenomenele care vor apărea.”

Cercetătorii și-au dat seama că, la fel cum fluxul zonal și turbulența necesită energie pentru a persista, prădătorii și prada au nevoie de nutrienți din mediul lor pentru a supraviețui.

„Am vrut să facem un model minim al echilibrului energetic complet pentru a extinde munca anterioară și a capta energia. extragerea turbulenţelor din flux mediu laminar”, adaugă Wang. „Așa că am introdus o altă componentă în „ecosistem”: nutrienții, care reprezintă energia cinetică a fluxului mediu.”

Cercetătorii au simulat numeric modelul extins prădător-pradă pe o rețea bidimensională având un lungime mult mai mare decât lățimea sa. Ei au urmărit ce se întâmplă atunci când nutrienții – adică energia în stare laminară, din perspectiva dinamicii fluidelor – curg în ecosistem, sunt consumați de turbulență și sunt restaurați în aval de turbulență.

Modelul mapează mai multe căi pentru energie și dinamica populației. Prima cale duce energia de intrare din bugetul energetic la energia turbulentă, cum ar fi prada care extrage nutrienți din mediul lor. O a doua cale duce energia turbulentă la energia fluxului zonal, cum ar fi prădătorii care mănâncă prada.

Odată ce au stabilit aceste căi inspirate de prădători-pradă, s-au așezat pe spate și au urmărit simulări pe computer bazate pe noul model, în care energia a intrat. țeava și a trecut prin căi aleatoriu. Din aleatoriu au apărut trăsături ale turbulenței tranziționale, cum ar fi pufurile, limacșii și fronturile asociate acestora, reproducând rezultatele observate în experimente. Simulările au arătat că aspectul pufurilor sau melcilor – și dacă melcii sunt de tip slab sau puternic – este determinat de energia de intrare (sau echivalent, viteza) fluxului de fluid.

Cercetătorii apoi a reprodus cu succes toate fenomenele de tranziție observate în experimentele de curgere a conductelor și a explicat fizica de bază a despărțirii și creșterii pufului. Mai exact, ei au descoperit că împărțirea pufului și interacțiunea este foarte probabilistică. Pe măsură ce viteza fluidului crește, crește și probabilitatea de despicare a pufului. Tranziția puf-limac este treptată și apare atunci când pufurile se împart atât de frecvent încât încep să umple sistemul în mod dens.

Flux de rotație și noi întrebări pentru turbulențe

Pe lângă debitul conductei, cercetătorii au simulat, de asemenea, un tip special de flux rotațional, cunoscut sub numele de flux Taylor-Couette, în care un fluid se mișcă în spațiul dintre doi cilindri concentrici, iar cilindrul exterior se rotește față de cel interior. Spre deosebire de curgerea țevii, unde energia intră de la capătul de înaltă presiune al țevii, curgerea Taylor-Couette este susținută de forfecare, stresul care apare atunci când două limite se mișcă paralel una cu cealaltă. Noul model a încorporat cu ușurință această diferență și a reprodus modelele de turbulență de tranziție observate în experimente, demonstrând flexibilitatea modelului.

„Am arătat că trăsăturile dinamice bogate și complicate ale fluxului de conducte tranziționale pot fi înțelese cu un model simplu pradă-pradă stocastic pe trei niveluri, bazat pe bilanțul energetic în fluxul conductei”, spune Wang. „Modelul nostru funcționează și pentru fluxul Taylor-Couette cvasi-unidimensional. Deoarece echilibrul energetic se menține în general în sistemele fluide, ne așteptăm ca modelul nostru să fie aplicabil și la sistemele cu geometrii mai complicate.”

Având în vedere. descriind turbulența pe scară largă prin implementarea modelului lor în două geometrii diferite, echipa încearcă deja să răspundă la noi întrebări.

Goldenfeld spune: „Următoarea provocare este să vedem dacă și cum modelul nostru probabilist poate fi extins la două - sau fluxuri tridimensionale. Această problemă a fost studiată intens de peste douăzeci de ani, cu date experimentale noi care încep să apară."

La rândul său, Goldenfeld este încântat să vadă că diverse tehnici converg pentru a rezolva probleme. în moduri complementare, o frumoasă demonstrație a modului în care diferitele domenii ale științei se pot informa reciproc.

Goldenfeld rezumă: „Rezultatele noastre arată cum dinamica stocastică, formarea modelelor, tranzițiile de fază și conceptele de modelare din diverse domenii, cum ar fi ecologie poate bri Gând noi instrumente, predicții și perspective într-o problemă considerată anterior în cadrul focusului disciplinar mai restrâns al dinamicii fluidelor. Este incitant să vedem cât de reușită are modelarea minimală în capturarea unor fenomene fizice complexe într-un mod cantitativ.”


(Fluierul)


Linkul direct catre Petitie

CEREM NATIONALIZAREA TUTUROR RESURSELOR NATURALE ALE ROMANIEI ! - Initiativa Legislativa care are nevoie de 500.000 de semnaturi - Semneaza si tu !

Comentarii:


Adauga Comentariu



Citiți și cele mai căutate articole de pe Fluierul:

UK. Conservatorii ar câștiga doar TREI locuri sub Liz Truss dacă alegerile ar avea loc astăzi, în timp ce se apropie furtuna laburistă

Ce abuzuri face poliția ca să împiedice mitingul din 2 octombrie. George Simion a fost săltat de poliție, la 3 dimineața, din Piața Victoriei

_ De la mirosirea stresului la simțirea când minți: iată cât de multe știe câinele tău despre tine

PREZENTUL FĂRĂ PERDEA Marius Oprea / PRIDE la români - marşul trufiei şi al libertăţii de a fi intolerant

Se dezvăluie că „hormonul iubirii” are proprietăți de vindecare a inimii

Ce mai fac neobolșevicii progresiști. Organizația transsexuală de "caritate" a fost investigată după afirmațiile că a trimis dispozitive de aplatizare a sânilor fetelor pe spatele părinților

Piața imobiliară din București bubuie: valoarea terenurilor cumpărate s-a dublat față de 2019!

SUA. Curtea ordonă FBI să producă informațiile pe care le deține legate de laptopul lui Seth Rich în termen de 14 zile

UK. Lira se întoarce: lira sterlină își revine cu greu din pierderi

Progresiștii și Slugile lor au pus la cale cea mai bestială criză energetică pe spinarea oamenilor sărmani. Dan Negru atacă ipocrizia promotorilor energiei verzi: Vin frigul și bezna in Europa! Întrebați-vă dacă noi suntem maimuțe

_ Jucătorii de golf și amatorii celebrități se îndreaptă spre Scoția pentru campionatul anual Alfred Dunhill Links

_ Tensiunile se răsfrâng la evenimentul de tenis Challenger din Franța

_ Sabrina Dhowre Elba îmbracă o rochie neagră drapată la Gala Luminous BFI cu mama ei Maryam Egal

_ Mama surprinsă pe Google Maps stând exact în același loc în Carlisle, la 9 ani

_ Câștigătorul marii finale NRL este decis de MEERKATS în timp ce jucătorii își dezvăluie ritualurile ciudate înainte de joc

_ Acest fard de obraz de 26 GBP este GENIUS pentru tenul matur

_ Tensiunile se răsfrâng la evenimentul de tenis Challenger din Franța

_ Sărbătorile zilei de 30 septembrie

_ M&M�s anunță noul �Spokescandy� Purple care �reprezintă acceptarea și incluziunea�

_ Fostul arhiepiscop de Canterbury cere repatrierea tăbliței etiopiene din Westminster Abbey

_ Woolworths și Big W scapă de o „produsă” majoră de Crăciun în sclipici

_ Bărbat mascat în negru, „fata de 10 ani a luat-o în jurul taliei în timp ce se îndrepta spre școală”

_ Ferne McCann „se aburește pe Billie Faiers pentru că i-a dat fiului ei același nume cu fostul ei întemnițat Arthur”

Le-a luat 1000 de ani și impun o groaza de hârtii și anunțuri ca să facă ceea ce Ceaușescu făcea non-stop fără nici o hartie...Senatul României a decis: Curtea şcolii trebuie să se deschidă pentru sport

_ Christina Aguilera și Becky G participă la Billboard Latin Music Awards 2022 din Florida

_ Mii de oameni sunt prinși în casele inundate din Florida, în timp ce Ian își recapătă puterea uraganului

_ Real Madrid „își face planuri să-l atragă pe fundașul Man City, Joao Cancelo, la Bernabeu”

_ Sefii din Premier League par gata să continue planurile pentru jocurile stele, în ciuda reacției lui Todd Boehly

_ Lara Worthington arată abdomene super tonifiate și fizic zvelt în timpul unei ședințe foto la Sydney

_ Putin semnează un decret de recunoaștere a două regiuni ucrainene ca state independente după referendumuri false

_ Dua Lipa poartă rochie neagră la evenimentul Fundației Clooney pentru Justiție după întâlnire cu Trevor Noah

_ Regina a murit la 15:10. Deci, de ce a durat mai mult de trei ore pentru a-i spune prințului Harry?

_ EXCLUSIV: Petiție depusă la Curtea Supremă a SUA �mpotriva Dominion, Facebook și CFCL �n �Un caz de mare importanță națională�

_ Cântăreața Britain's Got Talent, care a făcut-o pe Amanda Holden până la lacrimi, a furat 20.000 de lire sterline în numerar pentru teatru

_ Christopher Nkunku „a avut un control medical secret al Chelsea la Frankfurt” înainte de o posibilă mutare de 52,8 milioane de lire sterline în 2023

_ Opt migranţi, prinşi la frontieră ascunşi în maşini transportate pe o platformă; alţi trei, într-un camion

_ Liz Truss este lăsată zguduită de Labour care se ridică la un lider record de 33 de puncte

_ Oamenii de știință găsesc noi indicatori ai dezghețului permafrostului din Alaska

_ Tatăl lui Stephen Lawrence, Neville, „dezgustat” după ce criminalul rasist David Norris a trimis selfie-uri în închisoare

_ „Iad în culise”: Senatul francez atacă industria porno după scandalul de abuz

_ Live: Putin va găzdui ceremonia de la Kremlin care va anexa patru părți ale Ucrainei

_ Sefii din Premier League par gata să continue planurile pentru jocurile stele, în ciuda reacției lui Todd Boehly

_ Incendiul din biroul electoral din Paraguay distruge mii de aparate de vot

_ Derby-ul a fost mult prea ușor pentru Manchester City recent... dar acesta nu va fi

_ Steve Wright le asigură fanilor că nu se retrage în timp ce se pregătește pentru ultimul spectacol de după-amiază după 23 de ani

_ Dolphins vs Bengals LIVE: Miami neînvins încearcă să-și mențină începutul perfect de sezon

_ Naomi Campbell își poartă lucrurile într-un blazer adânc pe pista Messika în timpul Săptămânii Modei de la Paris

_ EXC: Sam Thompson dezvăluie că Zara McDermott vine acasă în plâns după ce a filmat documente emoționante

_ Tom Brady donează Fondului de dezastre pentru uraganul Ian din Florida

_ EDEN CONFIDENTIAL: Geri Horner îi învinge pe sceptici după ce a câștigat bătălia pentru locuințe

_ ADRIAN THILLS: Oh, da! Rockerii preferati ai lui Adele din Brooklyn s-au întors

_ Croaziera o dată în viață a cuplului de 3.500 de lire sterline se transformă într-o călătorie din iad

_ Calea uraganului Ian ÎN DIRECT: Garda de Coastă salvează 23 de persoane de la o valuri de furtună de 18 metri

_ Trailerul Raymond & Ray îi găsește pe Ewan McGregor și Ethan Hawke ca doi frați înstrăinați

_ Acordul lui Harry Kane cu încălțămintea Nike este suspendat din cauza „fascinației” sportului față de Erling Haaland.

_ Starul lui Man Utd, Marcus Rashford, a câștigat jucătorul lunii din Premier League pentru septembrie

_ O navă spaţială NASA a surprins o imagine uimitoare a lumii oceanice care orbitează în jurul lui Jupiter

_ Discursul lui Vladimir Putin privind anexarea teritoriilor ucrainene

_ India va găzdui MotoGP pentru prima dată în 2023

_ MAE rus, alertă de călătorie pentru Muntenegru


Pag.1 Pag.2 Pag.3 Pag.4 Pag.5 Pag.6 Pag.7
Pag.8 Pag.9 Pag.10 Pag.11 Pag.12 Pag.13 Pag.14 Pag.15
Pag.16 Pag.17 Pag.18 Pag.19 Pag.20 Pag.21 Pag.22 Pag.23
Pag.24 Pag.25 Pag.26 Pag.27

Nr. de articole la aceasta sectiune: 1567, afisate in 27 pagini.



ieri 22:04 _ TREBUIE CITITĂ
ieri 21:59 _ THRILLERE
ieri 21:59 _ POPULAR
ieri 21:59 _ DEBUTĂ
ieri 21:09 _ IMAGINA ACESTA