В НИУ ВШЭ оптимизировали решение задачи по гидродинамике
Доцент департамента прикладной математики МИЭМ НИУ ВШЭ Роман Гайдуков смоделировал движение жидкости вокруг вращающегося диска с малыми неровностями. Разработка делает возможным предсказание поведения потока жидкости без мощных суперкомпьютеров.
Результаты опубликованы в Russian Journal of Mathematical Physics. Гидродинамика изучает движение жидкостей и их взаимодействие с твердыми поверхностями. Этот раздел физики позволяет понять и прогнозировать, как жидкости и газы будут вести себя в различных условиях. В том числе принципы гидродинамики используются в электрохимии при расчетах реакций гальванизации (молекулы серебра прилипают к металлической детали) и окисления (формирование патины на меди).
В этих процессах используется дисковый электрод — плоская металлическая пластина, вращающаяся в жидкости. Для расчета электрохимических реакций необходимо знать, как именно жидкость будет двигаться вокруг электрода и какие условия нужно соблюдать. Для этого ученым приходится рассчитывать множество переменных. Даже небольшие неровности на поверхности диска могут существенно влиять на течение жидкости, создавая сложные и неожиданные эффекты.
Ранее исследования касались только симметричных неровностей, ученый из НИУ ВШЭ рассмотрел более сложный случай. Роман Гайдуков рассчитал, как изменится поток жидкости, если на поверхности вращающегося диска встречаются асимметричные неровности.
Для этого он использовал метод многопалубных структур пограничного слоя, который позволил разложить трехмерную задачу на серию двухмерных. Метод помогает решать сложные задачи гидродинамики при высоких значениях числа Рейнольдса, когда прямое моделирование невозможно. Хотя этот метод известен с конца 1960-х годов, строгая математическая формулировка была разработана автором статьи совместно с профессором Владимиром Даниловым не так давно. Математический алгоритм метода может быть интегрирован в любой математический пакет символьных вычислений.
«В реальных условиях абсолютно гладких поверхностей не бывает. Мы показали, как небольшие неровности на поверхности диска влияют на поток жидкости, образуя зоны с вихрями и изменяя структуру пограничного слоя, — объясняет Роман Гайдуков. — Наш метод позволяет моделировать задачу за несколько часов, тогда как на суперкомпьютере это могло бы занять дни или даже недели. Это не только экономит время, но и снижает затраты на вычислительные ресурсы. Метод эффективно работает при больших, но конечных числах Рейнольдса».
Число Рейнольдса — это безразмерное число, описывающее соотношение между инерционными и вязкими силами в потоке жидкости. Большое число Рейнольдса указывает на преобладание инерционных сил, что приводит в том числе к турбулентным (хаотическим) потокам, а малое — на преобладание вязких сил, что приводит к ламинарным (упорядоченным) потокам.
Разработанный подход может использоваться для точного моделирования процессов движения жидкостей в ходе химических реакций, что может найти широкое применение в промышленности.
В будущем ученый планирует расширить свои исследования на более сложные системы, включающие взаимодействие различных фаз — например, капель жидкости в потоке воздуха или аэрозолей. Это позволит еще глубже понять процессы, происходящие в многокомпонентных и многофазных системах, и улучшить существующие модели.
Роман Гайдуков добавляет: «Мы с моим аспирантом Никитой Буровым планируем изучить, как изменяется форма капель жидкости на поверхности при обтекании их потоком воздуха и как одновременно сама капля как неровность влияет на этот поток, в том числе с учетом возможного замерзания капли».
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно