Эксперимент с немонотонной S-образной реологией

Исследователи Лоран Талон и Доминик Сален из Университета Париж-Сакли, Париж, Франция, теперь показали, что при определенных обстоятельствах суспензии кукурузного крахмала могут отображать полосатый рисунок с чередующимися областями высокой и низкой вязкости. Эта работа была опубликована в Европейском физическом журнале E. Тэлон и Салин решили проверить правдоподобность моделируемой реологии 2014 года. Используя суспензию кукурузного крахмала в прямой цилиндрической капиллярной трубке, учёные наблюдали ожидаемую немонотонную зависимость между давлением и скоростью потока, но не совсем так, как предполагалось: скорость потока сначала увеличивалась с давлением, но затем внезапно уменьшалась.

Возникновение флуктуирующей гидродинамики в хаотических квантовых системах

Исследовательская группа под руководством профессора Моники Айдельсбургер и профессора Иммануэля Блоха с физического факультета LMU исследовала вопрос, касающийся квантовых многочастичных систем, и обнаружила признаки того, что их можно описать макроскопически с помощью простых уравнений диффузии со случайным шумом. Исследование было недавно опубликовано в журнале Nature Physics. Вооружившись микроскопом и наблюдая динамику, была подготовлена квантовая система ультрахолодных атомов цезия в оптических решетках в неравновесном начальном состоянии, затем ей дали свободно эволюционировать. Высокое разрешение системы визуализации позволило измерять не только среднюю плотность частиц в узлах решетки, но и их флуктуации. Таким образом получилось измерить как флуктуации и корреляции плотности растут с течением времени, и сделать вывод, что FHD описывает систему как качественно, так и количественно. Исследователи считают это важным указанием на то, что хаотические квантовые системы, несмотря на их микроскопическую сложность, можно описать просто как макроскопический процесс диффузии — аналогичный броуновскому движению.

Анализ собственных колебаний усеченных конических оболочек, частично заполненных жидкостью

Ученые Лаборатории функциональных материалов Института механики сплошных сред добились значительных успехов в понимании динамики жидких структур. Их исследование, опубликованное в Международном журнале динамики механических систем, изучает вибрационное поведение конических оболочек, закладывая основу для достижений в области инженерного проектирования и безопасности. В работе классическая теория оболочек и акустические приближения используются для анализа вибрационного поведения усеченных конических оболочек, частично заполненных идеальной сжимаемой жидкостью. Динамическое поведение этих структур моделируется с помощью системы обыкновенных дифференциальных уравнений, решаемых с использованием обобщенного метода дифференциальных квадратур и метода ортогональной прогонки Годунова. Исследование определяет, как уровни жидкости и углы конуса влияют на собственные частоты оболочек при различных граничных условиях, включая конфигурации с простой опорой, жесткой заделкой и консольные конфигурации. Численный анализ показывает, что определенные конфигурации могут достигать более высоких собственных частот, чем эквивалентные цилиндрические оболочки.

Экспериментальное исследование полей потока вблизи движущейся линии контакта жидкость-жидкость

В исследовании, опубликованном в Европейском физическом журнале Special Topics, Хариш Диксит из Индийского технологического института Хайдарабада и его коллеги изучают движение линии контакта, образующейся на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей и твердого тела. Эксперименты заполняют пробел в гидродинамике и предлагают механизм наложенных граничных условий, который ускользает от математического описания. Учёные заполнили прямоугольный резервуар двумя слоями жидкости — силиконовым маслом поверх сахарной воды — с одинаковой плотностью, но значительно разной вязкостью. Исследователи поместили предметное стекло на край резервуара, которое они могли перемещать вертикально, создавая движущуюся линию контакта. Используя технику, которая отслеживает крошечные частицы, попавшие в жидкости и освещенные лазерным светом, исследователи одновременно нанесли на карту поле потока по обе стороны границы раздела жидкость-жидкость, перемещая предметное стекло. Они обнаружили, что скорости потока быстро уменьшались вблизи линии контакта. Кроме того, граница раздела жидкости, казалось, скользила по движущемуся предметному стеклу, а не оставалась прижатой к нему, что устраняло кажущуюся «сингулярность» в моделях, которые накладывают граничные условия, препятствующие скольжению, на движущейся стенке.

Турбулентный переход в магнитно-удерживаемой плазме водорода и дейтерия

Чтобы инициировать реакцию термоядерного синтеза, дейтерий и тритий необходимо нагреть до температуры более 100 миллионов градусов Цельсия. Так образуется плазма, которая затем поддерживается сильной магнитной «клеткой». Однако при возбуждении турбулентности в плазме может произойти утечка. Таким образом, турбулентность является важной темой в исследованиях термоядерного синтеза, и ее подавление имеет важное значение для реализации термоядерной электростанции. Для подавления турбулентности необходимо понимание физического механизма ее возбуждения, и LHD (Large Helical Device — "большое спиральное устройство" для термоядерного синтеза, расположенное в Токи, Гифу, Япония) является идеальным приспособлением для решения этой задачи. Учёные успешно измерили не только амплитуду турбулентности, но также ее пространственный профиль и направление распространения с помощью прецизионной лазерной диагностики. Ещё была исследована зависимость турбулентности от массы ионов. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Общая концепция перехода волны самовоспламеняющейся реакции от дозвукового режима к сверхзвуковому

Физики теоретически связали воспламенение и дефлаграцию в системе сгорания, открыв новые конфигурации для стабильных и эффективных двигателей внутреннего сгорания благодаря возможному существованию любого количества устойчивых процессов. Была рассмотрена простая одномерная система реактивного потока, где несгоревший предварительно смешанный газ поступал в камеру сгорания через левую входную границу, а сгоревший газ или волна горения выходил из правой выходной границы. Разработана теория, которая преодолела разрыв между волнами воспламенения и дефлаграции, открыв существование дополнительных стационарных решений. Выяснено, что стационарные решения существуют не только в двух точках, где скорость на входе соответствует скоростям волн горения или детонации, но и в более широкой области, если рассматривать условия самовоспламенения.

Влияние числа Прандтля на затухающую стратифицированную турбулентность

Ученые из Кембриджского университета и Массачусетского университета в Амхерсте использовали суперкомпьютер Summit в Центре вычислений лидерства в Ок-Ридже (OLCF) Министерства энергетики США для запуска новой модели турбулентности океана (OLCF является пользовательским центром Управления науки Министерства энергетики США.) Работа опубликована в журнале Journal of Turbulence. Компьютер смоделировал обычный 10-метровый куб океанской воды. Для анализа изменений с точностью до сантиметра программа моделирует куб воды на цифровой сетке. Цифровой куб состоял из почти 4 триллионов точек. Модель предполагает, что более горячие жидкости смешиваются медленнее, чем импульс турбулентности.

Количественная оценка возникновения турбулентности в изогнутой трубе

Изгибы труб особенно важны, например, в дуге аорты, которая соединяется с левым желудочком человеческого сердца. Системы трубопроводов на промышленных предприятиях часто включают изгибы под углом 90 градусов и более, могут быть винтовыми и даже иметь изгибы под углом 180 градусов. Специалисты по гидродинамике из Швеции проанализировали течение жидкости в таких трубах с изгибом на 180 градусов. Их исследование опубликовано в журнале Physical Review Fluids. Был использован усовершенствованный метод для численного и вычислительного решения уравнений жидкости Навье-Стокса для анализа перехода (от ламинарного потока к турбулентному) в идеализированной трубе с изгибом на 180 градусов. Нестабильность при повороте на 180 градусов развивается так же, как и при повороте на 90 градусов. Критическое число Рейнольдса для изгиба на 90 градусов равно 2531, а для тора — 3290.

Осаждение поверхностного заряда движущимися каплями уменьшает углы контакта

Капля, скользящая по поверхности, может оставлять за собой след электрических зарядов, который затем влияет на последующие капли. В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, учёные рассмотрели влияние следа заряда на свойства капель. Если капля скатывается по наклонной пластине, как в проведенном эксперименте, капли образуют разные углы с поверхностью пластины на своей передней и задней стороне. Разница между этими двумя углами — так называемый «гистерезис контактного угла» — существенно изменяется из-за присутствия поверхностного заряда. Исследователи работали с разными конфигурациями: один раз, чтобы пластина и капля могли заряжаться, и один раз, чтобы заряжалась только пластина. С одной стороны, они смогли показать, что заряды влияют на углы контакта и, следовательно, на поведение смачивания, но также и то, что эффект возникает независимо от того, заряжены ли капли и/или пластина.

Физики объясняют колебания круговых гидравлических прыжков

В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, физики изучают, как небольшие струи воды могут создавать стабильные периодические колебания на твердом диске, раскрывая связь между этими движениями и волнами, которые они генерируют, и дают представление о динамическом взаимодействии поведения жидкости. Учёные создали субмиллиметровую струю воды с внутренним диаметром 0,84 мм, направленную на диск из плексигласа с поверхностью с краями под углом 90 градусов, расположенный на 1 см ниже точки удара. Этот процесс привел к образованию круговой неоднородности, где жидкость образовала тонкую пленку вокруг точки удара. Тонкая пленка внезапно утолщалась на определенном радиальном расстоянии, создавая характерную круглую форму гидравлического скачка.