Российские физики из Московского университета имени Ломоносова разобрались с тем, как кольцеобразные (тороидальные) вихри взаимодействуют между собой. Об этом исследовании поведал журнал Journal of Physics: Conference Series. Построенная учёными модель может найти практическое применение в таких разных областях знания, как климатология, энергетика и офтальмология. Такие открытия являются наиболее ценными.
Тороидальные вихри – весьма частое явление в природе. Они возникают, когда поток газа или жидкости заворачивается, образуя тор – то есть круглый «бублик». Это могут быть клубы дыма из печных труб, круглый столб табачного дыма, выдыхаемый курильщиком и многие другие явления. Учёные достаточно давно изучают кольцеобразные вихри, однако многое им ещё до сих пор не ясно. К примеру, подробно не изучено распределение скоростей, температуры и плотности в таких вихрях, не исследовано взаимодействие двух кольцеобразных вихрей между собой. Изучать такие явления на лабораторном столе довольно трудно.
Новое исследование российских физиков показало, что два вихря при столкновении будут вести себя в соответствии с одной из трёх возможных схем. В одном случае один кольцевой вихрь может поглотить второй, и тогда образуется новый вихрь, который будет двигаться туда, куда двигался поглотивший. Во втором случае оба вихря распадаются, образуя новые вихри, плоскость движения которых перпендикулярна плоскости движения первоначальных вихрей. В третьем случае изменяется направление движения каждого вихря, впоследствии один из них может поглотить другой.
Для исследования поведения вихрей в каждом из описанных случаев учёные построили сложную математическую модель. Для этого они использовали уравнения движения и неразрывности Навье – Стокса, уравнения теплопроводности и состояния Менделеева – Клапейрона и другие уравнения. Эти теоретические выкладки позволили определить, что делают вихри на каждом этапе своего взаимодействия.
Результаты экспериментов пригодятся, например, для того, чтобы тушить фонтанирующие пожары (к примеру, в нефтегазовой промышленности), предсказывать изменения климата, стихийные бедствия, разрабатывать оружие и даже лечить заболевания глаз.
Эффект вихревого кольца встречается при полёте вертолёта. Он приводит к катастрофе – стабильный полёт нарушается, вертолёт быстро теряет высоту и может разбиться.
Тороидальный вихрь возникает также в левом желудочке человеческого сердца в момент диастолы, то есть расслабления перед очередным сокращением. Появление такого вихря было подтверждено в ходе недавних исследований. Предполагается, что это вихревое кольцо оказывает определённое влияние на поток крови.
Упомянутое открытие учёных, возможно, найдёт применение в изучении этих и многих других явлений, связанных с кольцеобразными вихревыми потоками.
Гарантия
Сервис
Подбор
Госзакупки
