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.

Вязкость богатой барионами кварк-глюонной плазмы по данным сканирования энергии пучка

Столкновение тяжелых атомных ядер создает жидкий суп из фундаментальных строительных блоков видимой материи — кварков и глюонов. Этот суп имеет очень низкую вязкость. Теоретики провели первое систематическое исследование того, меняется ли и как эта вязкость в широком диапазоне энергий столкновения. В работе учитываются изменения, происходящие при прохождении сталкивающихся ядер друг через друга. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters. Расчеты предсказывают, что вязкость жидкости увеличивается с увеличением чистой барионной плотности — относительного содержания барионов (частиц, состоящих из трех кварков, таких как нейтроны и протоны, составляющие сталкивающиеся ядра) по сравнению с антибарионами (которые рождаются при столкновении).

Недифрагирующие супертороидальные импульсы и оптические вихревые дорожки Кармана

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, физики из Сингапура и Великобритании сообщили об оптическом аналоге вихревой дорожки Кармана (KVS). Этот оптический импульс KVS демонстрирует удивительные параллели между переносом жидкости и потоком энергии структурированного света. В отличие от более ранних работ по оптическим скирмионным пучкам и импульсам, конфигурация скирмионного поля в недифрагирующих супертороидальных импульсах (NDSTP) не ограничивается дифракцией и сохраняется при распространении на произвольные расстояния. Поскольку предлагаемые в данной работе световые импульсы не продолжаются при распространении, такие структуры скирмионных полей могут сохраняться при распространении импульса KVS. Импульс позволяет изучать динамику распространения электромагнитных скирмионных полей и будет представлять интерес в качестве направленных энергетических каналов для приложений передачи информации.

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.

Подтверждён предсказанный переход от слабой к сильной альфвеновской турбулентности в магнитогидродинамической теории

Открытие — предсказанное явление: переход от слабой к сильной турбулентности космической плазмы малой амплитуды — было сделано путем анализа данных миссии ЕКА «Кластер» — созвездия из четырех космических кораблей, летающих строем вокруг Земли и исследующих взаимодействие Солнца и Земли. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy. Наблюдательное подтверждение перехода от слабого к сильному (альфвеновскому) решает последнюю загадку МГД-теории турбулентности: оно доказывает, что турбулентность самоорганизуется от линейных двумерных волнообразных флуктуаций к сильной трехмерной турбулентности во время каскада энергии (т. е. переноса энергии) с возрастающей нелинейностью, независимо от начального уровня возмущений.

Дифференциальное вращение Солнца контролируется высокоширотными бароклинически нестабильными инерционными модами

Полюса Солнца вращаются с периодом около 34-х дней, средние широты — быстрее, а экваториальный регион — около 24-х дней. Гелиосейсмологи (исследования недр Солнца с помощью солнечных акустических волн) установили, что профиль вращения почти постоянен во всей зоне конвекции, слой простирается с глубины примерно 200 000 километров до видимой солнечной поверхности и является домом для сильных возмущений горячей плазмы, которые играют решающую роль в обеспечении солнечного магнетизма и активности. Стало возможным определить разницу температур на основе наблюдений за долгопериодическими колебаниями Солнца. Среди наблюдаемых мод особенно влиятельными оказались высокоширотные моды со скоростями до 70 км/ч.

Решена 100-летняя физическая проблема — представлена работающая теория линий плавления

Исследование, опубликованное в журнале Physical Review E, раскрывает общую теорию предсказания температуры плавления — фундаментального свойства, понимание которого ставит учёных в тупик уже более столетия. Линии плавления, обозначающей переход между твердым телом и жидкостью, не хватало универсального описания. Теория профессора Траченко устраняет этот пробел. Разработав новую модель, включающую последние достижения в теории жидкостей, он демонстрирует, что простое параболическое уравнение может описывать линии плавления. Это не только предлагает практический инструмент для прогнозирования температур плавления, но и демонстрирует удивительную универсальность для разных типов материалов.

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.

Открыт новый класс колебаний плазмы

В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, исследователи из Рочестерского университета вместе с коллегами из Калифорнийского университета в Сан-Диего открыли новый класс плазменных колебаний — возвратно-поступательное волнообразное движение ионов и электронов. Результаты имеют значение для улучшения производительности миниатюрных ускорителей частиц и реакторов, используемых для создания термоядерной энергии.