Физический эксперимент, вдохновленный ядром Земли, приводит к новаторскому открытию турбулентности потока жидкости.

Физики открыли новый аспект турбулентной конвекции, показав, что она может заставить твердое тело внутри жидкости свободно вращаться в двух направлениях, иногда смещаясь из-за турбулентности. Это исследование, имеющее значение для понимания потока жидкости из ядра Земли в кипящую воду, также подчеркивает ключевую роль, которую может играть конвекция внутри Земли, и возможность управления турбулентностью путем взаимодействия с твердыми телами.

Турбулентные потоки придают удивительный вид основному опыту.

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

Исследования, опубликованные в журнале Труды Национальной академии наукв основе которого лежит турбулентная конвекция — движение жидкости при нагреве снизу.

Джон Чжан, профессор математики и физики[{» attribute=»»>New York University and NYU Shanghai, the paper’s senior author.

The study, which also included Kaizhe Wang, a researcher in NYU’s Department of Physics, focused specifically on Rayleigh–Bénard convection—a type of convection driven by temperature differences.

Turbulence Flows Cylindrical Container

A recent experimental study, inspired by the super-rotation of the Earth’s solid core, shows when turbulence flows contained in a cylinder interact with a free body a surprisingly smooth rotation is observed. The red (warm) and blue (cold) ribbons represent water flows. Credit: Kaizhe Wang and Jun Zhang

In their experiments, conducted in the Joint Research Institute of NYU Shanghai, the paper’s authors used a cylindrical container filled with water, then heated it from the bottom, creating convective flows. The resulting turbulent flows interacted with a suspended solid (a rectangular panel) that moved freely inside the container—a setting that allowed the researchers to better study how turbulent flows interact with solid structures within.

“Surprisingly, the system becomes somewhat well-behaved,” notes Zhang. “We observed a smooth rotation of the flows and the free solid.”

Their results showed that turbulent convection-powered flows, together with the solid, can move in two directions—one clockwise and the other counterclockwise—with the co-rotational speed increasing with the intensity of the convection. More than that, their rotation can sometimes switch directions, caused by the turbulence.

“The research, inspired by the rotation of Earth’s inner core as it interacts with the convective liquid core, captures the interaction between a turbulent flow and a freely moving body within the flow,” explains Zhang. “The findings confirm that turbulence can be tamed by interacting with solids. It also reminds us that the power of thermal convection might play more important roles inside our planet Earth.”

Reference: “Persistent corotation of the large-scale flow of thermal convection and an immersed free body” by Kaizhe Wang and Jun Zhang, 15 May 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2217705120

READ  Ископаемые зубы помогают ученым раскрыть секреты млекопитающих | Палеонтология

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *