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 В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В эпоху искусственного интеллекта и стремительного развития технологий знание языка становится инструментальной компетенцией, а умение работать с учетом культурного контекста — стратегической. В День филолога, кандидат педагогических наук Екатерина Щавелева, заведующая кафедрой иностранных языков и коммуникативных технологий НИТУ МИСИС рассказывает, как гуманитарное образование приобретает новую ответственность и какое будущее у межкультурной коммуникации.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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