Ett team av forskare från Institute of Mechanics, MSU, visat hur slumpmässiga fluktuationer i rotationshastigheten och brus påverkar antalet virveler i det sfäriska flödet Couette. De rapporterar att ljudnivån och flödesregimen har en komplicerad olinjär korrelation. De nya uppgifterna kommer att bidra till mer exakta modeller av naturliga flöden inklusive atmosfärisk cirkulation. Resultaten av arbetet publicerades i Kaos tidning.

Couette sfäriskt flöde är vätskeflödet i ett sfäriskt lager som orsakas av dess gränser. I en laboratoriemiljö, det studeras med två transparenta sfärer:Den yttre är fixerad och den inre roterar med en given hastighet. Denna modell hjälper till att beskriva storskaliga rörelser i atmosfären, hav, och jordens mantel orsakad av planetens rotation. Alla dessa naturliga processer är vanligtvis turbulenta. Det första steget till turbulens är förlusten av stabilitet genom ett permanent flöde, vilket gör att virveler uppträder spontant i vätskor eller gaser. Men vad påverkar stabiliteten och avgör ytterligare flödesregim (t.ex. antalet virvlar i flödet)? Genom att svara på denna fråga, forskare kommer att bättre kunna förutsäga klimatförändringar på jorden.

Couetteflödets regim bestäms av dess utvecklingshistoria, inklusive accelerationsvärdet med vilket rotationshastigheten för den inre sfären ändras. Detta värde avgör om det finns tre eller fyra virveler som bildas i flödet. Dock, det finns inga stabila rotationshastigheter eller accelerationer i naturliga processer, och slumpmässiga variationer händer ganska ofta. Ett team av forskare från Institute of Mechanics, MSU, visat i ett nytt experiment hur flödesregimen kan påverkas av slumpmässiga fluktuationer i rotationshastigheten eller av ljud. Experimentörerna förstärkte ljuden avsiktligt för att se vad som händer med flödet. Antalet virvlar i vätskan bestämdes både med blotta ögat (med hjälp av aluminiumstoftpartiklar för visualisering) och med hjälp av mätning av flödeshastigheten med laserdoppleranemometern.

Resultaten av experimenten var mer komplexa än forskarna kunde ha föreslagit. Slumpmässiga fluktuationer och vätskeflödesregimer har faktiskt ett samband mellan dem, men det är olinjärt. När ljudet inte var överdrivet, flödet visade tre virvlar. Samma scenario observerades när det inte fanns några ljud alls. Nästa, när ljudnivån var hög, vätskan tycktes "glömma" accelerationens inflytande, och fyra virvlar bildades i flödet. Men när forskarna observerade den mest komplexa situationen, där bullernivåerna var genomsnittliga, de fann att antalet virveler är beroende både av accelerationsvärdet och ljudnivån, och detta beroende är olinjärt.

"Det är fortfarande att ta reda på hur ljud med medelamplitud påverkar flödet, "säger Dmitry Zhilenko, medförfattare till verket, och en senior forskningsassistent vid Institute of Mechanics. "Detta kommer att hjälpa till att utvärdera påverkan av ljud på processerna i olika naturkroppar:pulsarer, jordens atmosfär, och atmosfärer på andra planeter. Till exempel, vissa studier tyder på att slumpmässiga fluktuationer i värmeinflödet till atmosfären från solen kan förändra elementet i atmosfärisk cirkulation:Hadley, Ferrel, och polära celler. Dessa celler liknar ringar med slutna luftcirkulationsöglor, och klimatet på hela planeten beror direkt på den atmosfäriska cirkulationen i dem. "