Специалисты Института механики МГУ имени М.В. Ломоносова провели эксперименты по изучению влияния случайных вращательных колебаний на вихревые структуры в сферическом течении Куэтта. Обнаружена сложная нелинейная взаимосвязь между уровнем шумов и режимом течения жидкости. Эти знания позволят создавать усовершенствованные модели природных процессов, включая циркуляцию земной атмосферы.
Сферическое течение Куэтта представляет собой движение жидкости между вращающимися сферическими поверхностями. В лабораториях его моделируют с помощью двух прозрачных сфер: внешняя статична, внутренняя вращается с контролируемой скоростью. Эта система имитирует глобальные движения в атмосфере, океанах и мантии Земли, вызванные планетарным вращением. Турбулентность в таких процессах начинается с потери устойчивости стационарного потока, приводящей к спонтанному образованию вихрей. Понимание факторов, влияющих на устойчивость и количество вихрей, критически важно для прогнозирования климатических изменений.
Ключевым фактором формирования вихрей в течении Куэтта является история изменения скорости вращения, особенно величина ускорения внутренней сферы. Именно ускорение определяет, возникнут три или четыре вихревых структуры. Однако природные системы характеризуются постоянными случайными отклонениями. Исследователи МГУ искусственно усиливали шумы вращения, наблюдая за реакцией течения. Визуализация с алюминиевой пылью и лазерные замеры скорости позволили точно фиксировать количество вихрей.
Результаты превзошли ожидания: связь между шумами и режимом течения оказалась нелинейной. При слабых шумах сохранялись три вихря. Сильные шумы полностью нивелировали влияние ускорения, стабильно формируя четыре вихря. Наиболее интригующим стало воздействие шумов средней интенсивности: количество вихрей здесь нелинейно зависело от обоих факторов — и ускорения, и уровня шума.
"Нам предстоит раскрыть механизмы влияния среднеамплитудных шумов", — отмечает соавтор исследования Дмитрий Жиленко, старший научный сотрудник Института механики. "Это позволит оценить воздействие случайных колебаний на природные системы: от пульсаров до атмосфер Земли и экзопланет. Например, флуктуации солнечного тепла могут изменять структуру атмосферных ячеек Гадлея, Ферреля и полярных. Эти замкнутые воздушные кольца напрямую определяют глобальный климат".
Мы используем файлы cookie для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая просмотр, вы соглашаетесь с их использованием. Подробнее в Политике конфиденциальности.
