science >> Wetenschap >  >> Fysica

Factoren die de schaalbaarheid van turbulentie beïnvloeden

Vloeistoffen die schaalgedrag vertonen, zijn te vinden in diverse fysische verschijnselen die zich zowel in het laboratorium als in reële omstandigheden voordoen. Bijvoorbeeld, ze komen voor op het kritieke punt wanneer een vloeistof een damp wordt, bij de faseovergang van superfluïden, en bij de fasescheiding van binaire vloeistoffen waarvan de componenten twee verschillende soorten gedrag vertonen.

Tot nu, modellen hebben niet volledig rekening gehouden met het effect van externe turbulenties. In een recente studie gepubliceerd in EPJ B , Michal Hnatič van de Šafárik Universiteit in Košice, Slowakije en collega's onderzoeken de invloed van turbulente omgevingssnelheidsfluctuaties in fysieke systemen wanneer ze een kritiek punt bereiken. Deze fluctuaties blijken het gevolg te zijn van een gebrek aan ruimtelijke regelmaat in deze systemen, of anisotropie, en van de samendrukbaarheid van vloeistoffen. Het unieke van deze studie is dat de turbulentie die in het model wordt geïntroduceerd nieuw is en helpt om te verhelderen in hoeverre de snelheid van deze fluctuaties hun schaalgedrag beïnvloedt.

De auteurs onderzoeken het kritische gedrag van fysieke systemen, hiervoor twee verschillende modellen gebruiken. De eerste beschrijft de kritische dynamiek van het systeem bij evenwicht, terwijl de tweede het stadium vertegenwoordigt waarin het systeem niet langer in evenwicht is en een schaalgedrag aanneemt - aangeduid als gerichte percolatie - dat eerder werd gebruikt om systemen zoals de verspreiding van epidemieën te bestuderen, bosbranden en bevolkingsgroei. Om een ​​beter inzicht te krijgen in het kritische gedrag van het systeem, de auteurs kozen voor de moeilijke benadering om de wederzijdse effecten van grootschalige anisotropie en samendrukbaarheid in hun model te integreren; eerdere modellen hadden deze effecten alleen afzonderlijk in aanmerking genomen. Ze identificeren dus vier soorten schaalregimes die mogelijk voor elk model op macroscopische schaal kunnen worden waargenomen. Tot slot, de auteurs laten zien dat anisotropie de belangrijkste factor kan zijn die verschillende soorten opkomend schaalgedrag bepaalt.