Новости космоса и технологий. » Физика » Ученые создают реалистичную штормовую турбулентность в лаборатории

Ученые создают реалистичную штормовую турбулентность в лаборатории

Опубликовал: Admin, 5-11-2020, 01:01, Физика, 37, 0

Ученые создают реалистичную штормовую турбулентность в лаборатории

Турбулентность - это вездесущее явление и одна из величайших загадок физики. Исследовательской группе из Университета Ольденбурга в Германии удалось создать реалистичную штормовую турбулентность в аэродинамической трубе Центра исследований энергии ветра (ForWind).

Кажется, что сильные штормы часто оставляют после себя случайные разрушения: в то время как черепица одного дома сносится ветром, соседнее имущество может вообще не пострадать. Причиной этих различий являются порывы ветра или, как говорят физики, местная турбулентность. Он является результатом крупномасштабных атмосферных потоков, но до сих пор невозможно предсказать его в деталях.

Эксперты из Ольденбургского и Лионского университетов проложили путь к изучению маломасштабной турбулентности: группе под руководством физика из Ольденбурга профессора доктора Иоахима Пейнке удалось получить турбулентные потоки на ветру туннель . Течения напоминали сильные штормы. Команда нашла способ буквально вырезать кусок из шторма, сообщают исследователи в журнале Письма о физических проверках . «Наше экспериментальное открытие делает нашу аэродинамическую трубу моделью для нового поколения таких установок, в которых, например, можно реалистично исследовать влияние турбулентности на ветряные турбины», - говорит Пейнке.

Наиболее важным параметром, характеризующим турбулентность потока, является так называемое число Рейнольдса: эта физическая величина описывает отношение кинетической энергии к силам трения в среде. Проще говоря, вы можете сказать: чем больше число Рейнольдса, тем более турбулентный поток. Одна из величайших загадок турбулентности - это ее статистика: экстремальные явления, такие как сильные, внезапные порывы ветра возникают чаще, если смотреть на меньшие масштабы.

Неразрешенные уравнения

«Турбулентные водовороты потока становятся более сильными в меньших масштабах», - объясняет Пинке, возглавляющий исследовательскую группу «Турбулентность, энергия ветра и стохастика». Таким образом, во время сильного шторма, то есть когда число Рейнольдса велико, на муху оказывает гораздо более сильный порывистый поток, чем, скажем, на самолет. Конкретные причины этого малоизвестны: физические уравнения, описывающие жидкости, еще не решены, когда речь идет о турбулентности. Эта задача - одна из самых известных математических задач тысячелетия, на решение которой Институт математики Клэя в США вложил по миллиону долларов каждая.

В большой аэродинамической трубе Центра исследований энергии ветра (ForWind) команде из Ольденбурга теперь удалось создать более турбулентные ветровые условия, чем когда-либо прежде. По сравнению с предыдущими экспериментами, исследователи увеличили число Рейнольдса в сто раз и таким образом смоделировали условия, аналогичные тем, которые встречаются в реальном шторме. «Мы еще не видим верхнего предела», - говорит Пейнке. «Возникающая турбулентность уже очень близка к реальности».

Эксперименты в аэродинамической трубе

В аэродинамической трубе Ольденбурга есть испытательный участок длиной 30 метров. Четыре вентилятора могут создавать ветер со скоростью до 150 километров в час, что соответствует урагану 1 категории. Чтобы создать турбулентный воздушный поток, исследователи используют так называемую активную сетку, которая была разработана для особых требований в большой аэродинамической трубе Ольденбурга. Конструкция размером три на три метра расположена в начале аэродинамической трубы и состоит из почти тысячи маленьких ромбовидных алюминиевых крыльев. Металлические пластины подвижны. Их можно вращать в двух направлениях с помощью 80 горизонтальных и вертикальных валов. Это позволяет исследователям ветра выборочно блокировать и повторно открывать небольшие участки сопла аэродинамической трубы на короткое время, вызывая завихрение воздуха. «С помощью активной сети - самой большой в своем роде в мире - мы можем генерировать множество различных турбулентных ветровых полей в аэродинамической трубе», - объясняет Ларс Нойхаус, который также является членом команды и сыграл ключевую роль в этом исследовании.

Для экспериментов команда изменяла движение сетки хаотическим образом, аналогично условиям, возникающим в турбулентном потоке воздуха. Также они нерегулярно меняли мощность вентиляторов. Таким образом, помимо мелкомасштабной турбулентности, воздушный поток вызвал большее движение в продольном направлении аэродинамической трубы. «Наш главный вывод заключается в том, что поток в аэродинамической трубе объединяет эти два компонента в идеальную, реалистичную штормовую турбулентность», - объясняет соавтор доктор Майкл Хёллинг. Физик также возглавляет международный комитет по испытаниям в аэродинамических трубах Европейской академии ветроэнергетики (EAWE). Эта штормовая турбулентность возникла в 10-20 метрах от активной сетки.

Завитки в мелком масштабе

«Регулируя решетку и вентиляторы аэродинамической трубы, мы создали крупномасштабную турбулентность размером от десяти до ста метров. В то же время мелкомасштабная турбулентность размером несколько метров и меньше возникла спонтанно. . Однако мы до сих пор не знаем, почему », - объясняет Хеллинг. Как сообщают он и его коллеги, этот новый подход позволяет уменьшить атмосферный турбулентность относится к ветер турбины, самолеты или дома размером до одного метра в аэродинамическая труба . Это позволит исследователям проводить реалистичные эксперименты с миниатюрными моделями в будущем, когда сильные порывы ветра будут происходить так же часто, как и настоящие штормы.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии