De l'eau du robinet qui coule, il raconte une histoire complexe: un voyage à travers les conduites d'eau. En haute pression à haute vitesse, l'eau du robinet est une baignoire à jets se précipiter: le chaos, le désordre, tout comme les vagues frappent. Par rapport à l'écoulement laminaire ordonné, par exemple lorsque le flux constant de robinet à faible débit à basse pression, les scientifiques turbulents mal comprise. A propos de la façon dont l'écoulement laminaire devient turbulent est mal comprise. écoulement de transition de débit est en ordre et le flux désordonné d'un mélange, lorsque la vitesse du milieu fluide en mouvement à l'écoulement transition se produira.
Maintenant, Rory Dr Cerbus Okinawa Institut des sciences et de la technologie de l'Université d'études supérieures (OIST) et hydrodynamiques continuum Institut (OIST) physique, le Dr Liu Chien-chia, le Dr Gustavo Gioia et Pinaki Chakraborty des décennies de concept de turbulence en théorie, apprendre une nouvelle façon d'étudier le flux de transition, ses résultats publiés dans la revue « progrès scientifique », peut contribuer à une transition plus complète et les écoulements turbulents, la compréhension plus conceptuelle, et se pratique en ingénierie application. Turbulence est souvent vantée comme les problèmes de la physique classique dans le dernier non résolu, car la turbulence est une certaine mystique.
Rang dans la recherche Disorder
Cependant, dans des conditions idéalisées, nous avons un concept aide à expliquer la théorie de la turbulence. Dans l'étude, les scientifiques tentent de comprendre si le concept de la théorie peut avoir une incidence sur les flux de transition. Les scientifiques ont longtemps été attirés par les turbulences. Au 15ème siècle, Leonardo da Vinci sera décrit comme une collection de tourbillons de turbulence de différentes tailles ou la circulation. 1941, après des siècles, mathématicien Andrei Kolmogorov a développé un concept théorique, elle révèle l'ordre des vortex apparemment energetics chaotique derrière. Comme les croquis de Léonard de Vinci comme le montre: un ruisseau dans l'étang, la formation initiale d'un grand bain à remous.
Ce tourbillon peut rapidement devenir instable et divisé en tourbillon progressivement plus petit. Le transfert d'énergie de grande pour les petits et les petits tourbillons tourbillonner jusqu'à ce que les tourbillons les plus petits et l'énergie dissipée par la viscosité de l'eau. L'image est capturée par le langage des mathématiques, la théorie de Kolmogorov prédit spectre, qui est une fonction qui décrit comment la distribution d'énergie cinétique entre les différents vortex de taille. Fait important, les petits vortex est energetics universel, ce qui signifie que, malgré la turbulence peut différer, mais la plus petite de toutes les turbulences dans le tourbillon ont le même spectre. Un tel concept simple peut gracieusement illustrer un problème apparemment insoluble, ce qui est vraiment inhabituel.
Mais là où il y a un problème, la théorie de Kolmogorov est largement considéré comme applicable seulement à une petite partie du flux idéalisée, et non pas au flux de la vie quotidienne, y compris le flux de transition. Afin d'étudier ces flux de transition, qui coule à travers un 20 m de long, les canaux cylindriques en verre d'eau de 2,5 cm de diamètre expérimentalement. Les chercheurs ont ajouté la densité de l'eau est sensiblement le même de petites particules creuses, de manière à pouvoir visualiser l'écoulement. L'étude a également utilisé une technique appelée vélocimètre laser à effet Doppler pour mesurer la vitesse de l'écoulement tourbillonnaire dans le conduit de transition. Selon ces mesures à la vitesse, le spectre est calculé. Étonnamment, les chercheurs ont constaté que, bien que l'air très différent de la turbulence.
Toutefois, conformément à la théorie Kolmogorov du spectre d'énergie universelle et le flux de transition du petit tourbillon spectre correspondant. Cette découverte fournit non seulement une nouvelle compréhension du concept de flux de transition, mais aussi dans les applications d'ingénierie. La recherche au cours des deux dernières décennies montrent que le spectre d'énergie peut aider à prévoir la friction entre l'eau et les tuyaux, cela est un problème ingénieurs sont une préoccupation majeure. Plus le frottement du tuyau, de pompage et de distribution des fluides plus difficiles tels que l'huile. Les idées mathématiques d'études ésotériques associées à des facteurs ingénieurs concernés par, mais ont également constaté que la théorie de Kolmogorov, que quiconque a imaginé une application plus large, il est turbulent et faire la transition vers la turbulence de nouvelles connaissances sur les gens heureux!
Brocade Parc | Recherche / de: Université des sciences et de la technologie d'Okinawa
Journal de référence « progrès scientifique »
DOI: 10.1126 / sciadv.aaw6256
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