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 Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
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.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
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