Mokslininkai laboratorijoje sukuria tikrovišką audros turbulenciją.

Aktyvus vėjo tunelio tinklelis gali skatinti oro srautą, kad būtų sukurta reali audros turbulencija. Kreditas: Oldenburgo universitetas / Mohssenas Assanimoghaddamas.

Turbulencija yra visur esantis reiškinys ir viena didžiausių fizikos paslapčių. Oldenburgo tyrimų grupė sėkmingai sukūrė realistišką audros turbulenciją Vėjo energijos tyrimų centro (ForWind) vėjo tunelyje.

Atrodo, kad dėl stiprių audrų atsitiktinai sunaikinta: nors vieno namo stogo čerpės yra nupūstos, kaimyninės savybės gali būti visiškai nepažeistos. Šiuos skirtumus lemia vėjo gūsiai – arba, kaip sako fizikai, vietinė turbulencija. Dėl didelio atmosferos srauto Tačiau iki šiol ji negalėjo pateikti išsamių prognozių.

Oldenburgo universiteto ir Liono universiteto ekspertai atvėrė kelią mažų turbulencijų tyrimams: komanda, kuriai vadovavo profesorius dr. Oldenburgo fizikui Joachimui Peinke’ui pavyko sukurti turbulentines sroves vėjo tuneliuose. Srovės yra panašios į vykstančias didelių audrų metu. Mokslininkai žurnale „Physical Review Letters“ teigia, kad komanda iš tikrųjų rado būdą, kaip iš audros iškirpti fragmentus. „Mūsų eksperimentiniai rezultatai mūsų vėjo tunelius paverčia naujos kartos įrenginių, kur yra pavyzdys, prototipu. Pavyzdžiui, teisingai galima atsekti turbulencijos poveikį vėjo turbinoms.

Svarbiausias turbulentinį srauto pobūdį apibūdinantis parametras yra skaičius, žinomas kaip Reynoldsas: šis fizinis dydis apibūdina kinetinės energijos ir trinties santykį terpėje. Paprasčiau tariant, galite sakyti: kuo didesnis Reinoldso skaičius, tuo srovė yra neramesnė. Viena didžiausių turbulencijos paslapčių yra statistika: ekstremalių įvykių, tokių kaip vėjo gūsiai ir gūsiai, pasitaiko dažniau, jei pažvelgsite į mažesnes skales.

Joachimo Peinke vėjo tunelio gerbėjai

Joachimas Peinke priešais keturis vėjo tunelio ventiliatorius. Turbinos gali sukelti vėjo greitį iki 150 kilometrų per valandą.Kreditas: Oldenburgo universitetas / Mohssenas Assanimoghaddamas.

Neišspręstos lygtys

„Dabartinė turbulencija sustiprėja mažais mastais“, – aiškina Peinke’as, kuris vadovauja Turbulencijos, vėjo energijos ir stochastikos tyrimų grupei stiprių audrų metu – kai Reynoldso skaičius yra didelis, todėl skrydžiui įtakos turi būklė. Srauto gūsis daugiau nei plokštuma Konkreti to priežastis nėra žinoma: skysčių apibūdinimo fizinės lygtys neišsprendžiamos, kai kalbama apie turbulenciją. Misija yra viena garsiausių tūkstantmečio matematikos problemų, kur JAV Clay Mathematics Institute sprendimas padėjo milijoną dolerių.

Didžiajame „ForWind“ vėjo energijos tyrimų centro („ForWind“) vėjo tunelyje Oldenburgo komanda dabar sėkmingai sukuria neramias vėjo sąlygas nei bet kada anksčiau. Lyginant su ankstesniais eksperimentais, tyrėjai šimtą kartų padidino Reinoldą, taip imituodami sąlygas, panašias į tas, kurios matomos tikrose audrose. “Mes dar nematėme viršutinės ribos”, – sakė Peinke. Tai labai arti tiesos “.

Deimanto formos aliuminio lakštas

Beveik tūkstantį deimanto formos aliuminio diskų galima pasukti dviem kryptimis su 80 pavarų ašimis. Kreditas: Oldenburgo universitetas / Mohssenas Assanimoghaddamas.

Vėjo tunelio eksperimentas

Oldenburgo vėjo tunelyje buvo 30 metrų bandomasis ruožas su keturiais ventiliatoriais, galinčiais sukurti iki 150 kilometrų per valandą greičio vėją, atitinkantį 1 kategorijos uraganus, kad generuotų turbulentines sroves, mokslininkai naudojo vadinamąjį aktyvųjį tinklelį, kuris Sukurtas specialiesiems poreikiams dideliuose Oldenburgo vėjo tuneliuose. Trys metrai po tris metrus konstrukcija yra vėjo tunelio pradžioje ir susideda iš beveik tūkstančio mažų deimanto formos aliuminio metų. Kilnojamasis lakštinis metalas Jį galima pasukti dviem kryptimis, naudojant 80 horizontalių ir vertikalių velenų. Tai leidžia vėjo tyrinėtojams selektyviai blokuoti ir trumpam atidaryti nedidelį vėjo tunelio antgalio plotą, leidžiant orui suktis “tinkleliu. Didžiausia pasaulyje aktyvi jėga leidžia vėjo tuneliuose sukurti audringus vėjo laukus “, – paaiškina komandos narys Larsnoyhausas, atlikęs pagrindinį vaidmenį tyrime.

Eksperimentui komanda chaotiškai modifikavo tinklelio judėjimą, panašiai kaip ir esant audringam vėjui. Jie taip pat nuolat keičia savo gerbėjų galią. Todėl, be menkiausios turbulencijos, vėjo srovės sukelia didesnį judėjimą išilgine vėjo tunelio kryptimi. „Pagrindinė mūsų išvada yra ta, kad vėjo tunelio srautas sujungia du elementus į visišką audros turbulenciją. „Realistai ir realistai“, – aiškina bendraautorius dr. Michaelas Hillingas. Fizikas taip pat yra Europos vėjo energijos akademijos (EAWE) Tarptautinės vėjo tunelių bandymų komisijos pirmininkas, šios audros turbulencija įvyko 10–20 metrų už aktyviojo tinklo.

Spiralė nedideliu mastu

„Sureguliavę vėjo tunelio tinklelį ir ventiliatorių, mes sukūrėme didžiulę turbulenciją, maždaug nuo dešimties iki šimto metrų. Tuo pačiu metu natūraliai atsirado nedidelis turbulencija, kelių metrų dydžio ir mažesnė. Tačiau mes iki šiol tiksliai nežinome, kodėl. Höllingas paaiškina. Kaip jis ir jo kolegos praneša, naujas požiūris leido iki vieno metro dydžio vėjo tunelyje sumažinti atmosferos turbulenciją, susijusią su vėjo turbinomis, lėktuvais ar namais. Tai leis mokslininkams ateityje atlikti realius eksperimentus su mažesniais modeliais, kur vėjo gūsiai atsiras taip dažnai, kaip tikros audros.

Nuoroda: Ledo Neuhauso, Michaelo Höllingo, Wouterio JT Boso ir Joachimo Peinke’o sukurtas precedento neturintis didelis Reinoldų skaičius vėjo tuneliuose, 2020 m. Spalio 9 d., Fizinio apžvalgos laiškas.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.154503

Finansavimas: Vokietijos ekonomikos ir energetikos ministerija, Žemutinės Saksonijos mokslo ir kultūros ministerija, Vokietijos tyrimų fondas.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Dalelių fizikai problemą, vadinamą „persekiojimu“, sprendė daugiau nei 20 metų.

Iliustracija seka spindulio keliu, kai jis eina per stačiakampę, radijo dažnio, vario, magneto, juodojo dipolio ir modulinę matavimo sistemą ir į dalelių detektorių. ...

Kiek pavojinga yra nauja SARS-CoV-2 (COVID-19) viruso mutacija?

Darbas Ciklologijos ir imunologijos instituto (IVI) Aukšto saugumo laboratorijoje. Kreditas: © IVI Koks naujas mm pokytis. Balta Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo simptomais...

2D medžiagų paėmimas sukimui

„Spintronic“ skaičiavimo meno koncepcijos iliustracija. Tskubos universiteto Aukšto slėgio fizikos instituto mokslininkai kuria naują molibdeno disulfido tranzistorių, kuris sukuria elektronų sukimosi vaizdą, kuris galėtų atverti...

Marsas, Plejadės, Jupiteris, Saturnas ir kiti išskirtiniai „Skywatching“ 2021 m. Kovo mėn

Ko reikia kovo mėnesį? Marsas su draugais vakare, o grįžtančios planetos grįžta… Pirmąją savaitę arba kovo mėnesį Marsą rasite netoli Pleiades žvaigždžių spiečiaus vakaruose, praėjus...

„Prarastos ledo paslaptys“ galiausiai buvo išspręstos judant Žemės plutai

Grenlandijos ledynai 2018. Kreditas: NIOZ, Kim Sauter Naujo pasaulinio ledo dangos atstatymas per pastaruosius 80 000 metų. Ledynmečiu vidutinis pasaulio jūros lygis mažėja, nes didelis jūros...

Newsletter

Subscribe to stay updated.