Ученые обуздали турбулентность внутри трубы
Труба может казаться очень тихой и спокойной снаружи, но внутри нее бушуют настоящие бури. Если поток в трубе быстрый, как в водопроводе, нефтепроводе или газопроводе, жидкость или газ становятся турбулентными.
Справка:
Турбулентность - явление, наблюдаемое во многих течениях жидкостей и газов и заключающееся в том, что в этих течениях образуются многочисленные вихри различных размеров, вследствие чего их гидродинамические и термодинамические характеристики (скорость, температура, давление, плотность) испытывают хаотические флуктуации и потому изменяются от точки к точке и во времени нерегулярно. /Большая советская энциклопедия/
На практике турбулентность создает трение и тягу, которые необходимо преодолеть увеличением силы прокачки, что делает цену прокачки выше. И хотя есть много способов и предложений по снижению турбулентности, на практике их энергозатратность больше, чем выигрыш от их применения.
Но Бйорн Хоф (Bjorn Hof), из института Макса Планка (Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization), и его коллеги нашли способ полностью избавится от турбулентности, по крайней мере, в некоторых случаях. Как они сообщили в журнале Наука (Science) за этот месяц, их идея заключается в том, чтобы внести в поток дополнительную турбулентность.
На небольших скоростях потока, турбулентность прерывиста, и движется вперед, толкаемая силой ровного (без завихрений) потока позади турбулентной зоны, рассказал Хоф. Изучая потоки в специальной стеклянной трубе и модулируя их на компьютере, Хоф с коллегами, обнаружил что если ввести водоворот в зону ровного потока, то это нейтрализует турбулентность впереди него. "Один турбулентный водоворот убивает другой", - рассказал он. Поток будет оставаться гладким и без завихрений на всем протяжении трубы, пока труба будет идти прямо, без поворотов.
В их эксперименте, водовороты создавались очень просто, путем впрыскивания небольшого количества воды через отверстие на поверхности трубы. Хоф заявил, что хотя моделирование показало что этот же принцип будет работать и для намного более быстрых потоков, таких как нефтепроводы, в реальности применить его не представляется возможным.
"Я не говорю что мы не сможем это сделать никогда", - сказал он, - "Но если нам удастся внедрить это для быстрых потоков, откроются новые горизонты".
Оригинал (на англ. языке): NYTimes, рисунок: Chris Gash
