Больше чем 130 лет назад инженер и британский физик Осборн Рейнольдс обрисовали жидкость, текущую на низких скоростях как ‘пластинчатую’, подразумевая, что она течет гладко в жидкости и единственном направлении, текущей на высоких скоростях как ‘бурные’, означая, что она испытывает хаотические трансформации в энергии и давлении. Рейнольдс развивал последовательность уравнений, дабы обрисовать отношения между скоростью, в который трение и потоки жидкости, которое создано между ним и трубой.Инженеры все еще применяют «законы Рейнольдса сопротивления» сейчас, дабы вычислить, сколько энергии утрачено трению как жидкости и поток газов через трубу.
Но одна тайна осталась нерешенной: что происходит в то время, когда поток переходы от пластинчатого до бурного?«В переходном потоке трение варьируется без заметных образцов», говорит врач Рори Сербус, постдокторский исследователь в Университете Окинавы Университета Выпускника Науки и техники (OIST). До сих пор законы сопротивления для переходного потока были малоизвестны, мешая вычислять трение и энергетическую утрату на протяжении этого типа потока.
Cerbus и другие исследователи в Единице Гидроаэромеханики и Единице Физики Континуума в OIST нашли страно простое ответ данной 130-летней тайной. «Мы продемонстрировали, что, не смотря на то, что транзитное государство, думается, зверинец стран потока, они смогут все быть характеризованы законами, каковые мы уже знаем», говорит доктор наук Пинэки Чакрэборти, фаворит Единицы Гидроаэромеханики. «Это упрощает главную проблему».Переходный поток, как мы знаем, складывается из неустойчивых участков разных типов потока, каковые чередуются на протяжении трубопровода.
В стандартном подходе к имеющему размеры трению в переходном потоке они просто смешаны.Исследователи OIST вместо этого проанализировали участки ровного и хаотического потока раздельно.
Они руководили водой через 20-метровую стеклянную трубу. Додавая небольшие частицы к воде и освещая ее лазером, они имели возможность измерить скорость потока. Это разрешило им чисто определять переменные участки ровного и хаотического потока в переходном потоке.
Они тогда измерили трение в отдельных участках, применяя датчики давления.«Мы повторили опыт книжки, что в большинстве случаев делается тысячами технических студентов ежегодно в мире», говорит Сербус, ведущий создатель работы, которая была сравнительно не так давно размещена в Physical Review Letters. «Мы применяли по существу те же самые инструменты, но с решающим отличием анализа участков раздельно», говорит он.Исследователи продемонстрировали, что не обращая внимания на внешние сложности, закон сопротивления для ровных участков согласовывается с ламинарным течением, тогда как закон сопротивления для хаотических участков согласовывается с турбулентным течением.
Исходя из этого переходный поток возможно изучен, применяя уникальные законы Рейнольдса сопротивления.Познание, сколько энергии требуется, дабы качать жидкость через трубопровод, в то время, когда это течет в транзитном стране, имело возможность оказать помощь отраслям индустрии, таким как нефтехимические фабрики, минимизировать расход энергии и повысить эффективность.
«Если Вы смотрите шепетильно, Вы находите, что довольно часто имеется простота ниже сложности», говорит Чакрэборти.