Karakteriserende komplekse strømme i 2-D boblesværme

Når sværme af bobler drives opad gennem en væske af deres opdrift, de kan generere komplekse strømningsmønstre i deres kølvand. Benævnt 'pseudo-turbulens, ' disse mønstre er karakteriseret ved et universelt matematisk forhold mellem energien fra strømme af forskellige størrelser, og hyppigheden af ​​deres forekomst. Dette forhold er nu blevet observeret bredt gennem 3-D simuleringer, men det er mindre klart, om det stadig ville holde til 2D-sværme af bobler. Gennem forskning offentliggjort i EPJ E , Rashmi Ramadugu og kolleger ved TIFR Center for Interdisciplinary Sciences i Hyderabad, Indien, viser, at i 2-D simulerede væsker, dette mønster ændres inden for strømme i større skala i mindre viskøse væsker.

Holdets opdagelser adresserer et centralt tilsyn i væskedynamiksimuleringer, og kunne gøre det muligt for forskere inden for områder fra oceanografi til akustik at forbedre deres forudsigelser. I fortiden, mange undersøgelser af pseudo-turbulens har fundet ud af, at de statistiske egenskaber ved 3-D boblesværme forbliver universelle over en bred vifte af bobleoverfladespændinger, væskeviskositeter, og tæthedsforhold mellem bobler og væsker. I 2-D væsker, imidlertid, en effekt kaldet en 'omvendt energikaskade' gør det muligt at overføre energi fra små til store strømme. I deres undersøgelse, Ramadugus team havde til formål at undersøge konsekvenserne af denne mekanisme for første gang.

Forskerne opnåede deres resultater gennem en simuleringstilgang, der fuldt ud tager højde for turbulente strømme på alle skalaer i rum og tid, fjerner behovet for, at de tilnærmer sig enhver uforudsigelig adfærd. De fandt ud af, at mens det sædvanlige pseudo-turbulens forhold holder på større skalaer i mere viskøse væsker; og på mindre skalaer i mindre tyktflydende væsker, forskellig adfærd kan findes i større strømme i mere viskøse væsker. Her, Ramadugu og kolleger opdagede, at en omvendt energikaskade opstår i kølvandet på boblesværmen; samt et andet matematisk forhold mellem strømningsenergi og frekvens end nogen tidligere observeret.