Skip to main content

Control of Turbulence

Article Category

Article available in the folowing languages:

Od przewidywania turbulencji do jej kontrolowania

Gdy gaz (na przykład powietrze) lub ciecz (na przykład woda) przepływa po powierzchni obiektu, przy niskich prędkościach występuje przepływ dobrze uporządkowany. Badacze korzystający z dofinansowania UE postanowili zbadać ruchy wirowe, które po przekroczeniu pewnej prędkości granicznej przeradzają się w wiry o różnych kształtach.

Technologie przemysłowe

Wszystkie przepływy turbulentne cieczy mają pewne cechy wspólne, na przykład nieregularność ruchów i rozpraszanie. Dokładne poznanie mechanizmów turbulencji pozwala inżynierom zmniejszać opór aerodynamiczny w samolotach i wykorzystywać zawirowania do usprawnienia mieszania i spalania paliwa. Znajomość tych samych mechanizmów jest też niezbędna do analizy przepływu krwi w sercu, szczególnie w lewej jego komorze, gdzie przepływ jest szczególnie szybki. Opisy turbulencji opierają się na założeniu, że zmienne przepływu spełniają równania Naviera-Stokesa. Rozwiązania tych równań pozwalają wyznaczyć teoretycznie prędkość i ciśnienie cieczy przepływającej przez dowolny punkt w pobliżu powierzchni obiektu. Celem projektu "Control of turbulence" (COT) było poznanie znaczenia niestabilnych rozwiązań równań Naviera-Stokesa i ich roli jako fundamentalnych elementów turbulencji. Uczestnikom projektu COT udało się znaleźć ciąg rozwiązań fali bieżącej. Uważa się, że takie rozwiązania mają znaczenie dla pojawiania się turbulencji przy wartościach liczby Reynoldsa rzędu 2000. Badacze potwierdzili znaczenie takich struktur i określili je ilościowo poprzez doprowadzanie do konwergencji obserwowanych doświadczalnie stanów przepływów ograniczonych ścianami z rozwiązaniami fali bieżącej. Innym obszarem pracy projektu COT było sterowanie turbulencją. Wykorzystując znajomość mechanizmów podtrzymywania turbulencji, badacze z projektu COT wykazali, że niektóre rozwiązania fali bieżącej odpowiadają początkowi turbulencji przy wyższej liczbie Reynoldsa. Umożliwia to opóźnianie momentu wystąpienia turbulencji w pobliżu ścian, na przykład poprzez regulowanie ciśnienia odsysaniem przyściennym. Oczekuje się, że w miarę coraz lepszego poznawania dynamiki płynów projekt COT będzie mógł wyjść poza samo przewidywanie wpływu turbulencji, a przejść do jej kontrolowania. Uzyskanie takiej kontroli mogłoby oznaczać ogromne korzyści dla przemysłu lotniczego — gdyby udało się zmniejszyć opór aerodynamiczny samolotów pasażerskich o 10%, zyski linii lotniczych wzrosłyby nawet o 40%.

Słowa kluczowe

Turbulencja, przewidywanie turbulencji, opór aerodynamiczny, samolot, równania Naviera-Stokesa, rozwiązania fali bieżącej, liczba Reynoldsa, odsysanie przyścienne

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania