Ученые Института механики сплошных сред УрО РАН (филиал ПФИЦ УрО РАН) нашли способ управлять гигантскими потоками жидкостей и газов с помощью «эффекта бабочки».
Источник: Freepik
Работа пермских ученых открывает путь к созданию «интеллектуальных» технологических систем, способных к самоконтролю и адаптации, рассказали ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
«Ученые Института механики сплошных сред УрО РАН доказали, что управлять крупномасштабной циркуляцией можно с помощью точечного, слабого воздействия. Их работа — это яркая иллюстрация “эффекта бабочки” в лабораторных условиях, где малое вмешательство приводит к масштабным последствиям», — сообщили в Минобрнауки РФ.
По данным ведомства, речь идет о фундаментальном явлении Вселенной — турбулентности, движении жидкостей и газов, которое кажется хаотичным на первый взгляд. Турбулентность рождается в точках столкновения сред с разной температурой, плотностью или скоростью, пронизывая собой все: от океанских глубин и земной атмосферы до звезд и галактик. Однако за внешним беспорядком скрывается строгая математическая логика и физические законы, способные в определенных условиях порождать самоорганизацию.
Так на фоне турбулентной конвекции возникает крупномасштабная циркуляция, управляющая глобальными процессами. Эти конвективные течения обладают свойством кардинально менять свое направление. В технических системах — атомных реакторах и химических производствах — такие инверсии создают серьезную проблему, вызывая медленные колебания температуры. Такие циклические тепловые нагрузки изнашивают конструкции, сокращая срок их службы.
«Эффект бабочки» в гидродинамике
По словам заведующего лабораторией турбулентности ИМСС УрО РАН, доктора физико-математических наук Андрея Сухановского, поиск методов эффективного воздействия на крупномасштабную циркуляцию на фоне турбулентности мелкого масштаба — важная задача современной гидродинамики. И только несколько научных групп в мире занимаются исследованием влияния таких локальных воздействий.
«Нашим китайским коллегам удалось показать, что постоянный нагрев границы конвективной системы в двух или четырех точках способен изменить ее динамику. Мы пошли дальше и воздействуем на систему всего в одной точке маломощным источником тепла. Мы продемонстрировали, что даже слабое локальное воздействие, составляющее всего 1% от общей мощности нагрева, нарушает симметрию системы и приводит к появлению предпочтительного направления циркуляции. Наш подход гораздо проще реализовать на практике», — рассказал Сухановский.
Хаотичная энергия, ставшая управляемой силой
По словам ученого, полученный результат открывает новые перспективы для управления потоками теплоносителя в технологических системах, что, в конечном счете, поможет снизить циклические тепловые нагрузки и повысить ресурс оборудования. Новый метод можно интегрировать в системы охлаждения мощных реакторов, металлургические печи и энергетические установки, гасить опасные колебания температуры на стадии их возникновения. Так инженеры получат возможность не пытаться победить турбулентность, а направлять ее, превращая хаотичную энергию в предсказуемую и управляемую силу. Как отметили в Минобрнауки РФ, это шаг к более безопасной, эффективной и долговечной инженерии будущего.
