Математики поняли, как бороться с огненными вихрями

Математики поняли, как бороться с огненными вихрями

Наука 30 Ноября 2017 1053
Математики из ТюмГУ создали модель, которая полностью отражает динамику реально существующих атмосферных вихрей, сообщает РИА Новости
Наука давно ищет ответ на вопрос о том, как минимизировать последствия разрушительных явлений природы, в частности огненных вихрей. Поскольку ученые пока не в силах воспроизвести эти явления искусственно, единственным лабораторным способом их изучения выступает математическое численное моделирование. Этот метод помогает не только понимать физические процессы закрученных воздушных потоков, но и создавать рекомендации по их уничтожению с минимальными затратами энергии. Пока, к сожалению, численное моделирование движущейся сплошной среды обычно производится на основе моделей, которые не учитывают, например, ее сжимаемость или вязкость.

Поэтому особый интерес представляет собой способ изучения огненных вихрей, предложенный математиками ТюмГУ. Огненные вихри и торнадо образуются при объединении очагов пожаров в один: воздух нагревается и, закручиваясь, поднимается вверх. Основа нового метода – математическая модель сложных течений воздуха, учитывающая его сжимаемость, вязкость и теплопроводность, а также действие сил тяжести и вращения системы на движение вихря. 


«Последние десять лет мы проводим исследования газовой динамики в рамках единой научной школы под руководством профессора Сергея Баутина. Было проведено много численных и экспериментальных исследований, результаты которых легли в основу новой теории торнадоподобных атмосферных вихрей. Она отличается от всех традиционных тем, что поясняет причины возникновения вихрей и предлагает методы их уничтожения. Можно сказать, что мы приблизились к разгадке одной из тайн природы, связанной с существованием целого ряда красивых и грозных атмосферных явлений», – рассказывает один из авторов работы, преподаватель кафедры алгебры и математической логики Дарья Баранникова.

Но написать уравнение недостаточно, нужно еще найти его решения. И два уже найдены, несмотря на сложность модели. Одно из них – стационарное распределение воздуха в атмосфере Земли. Оно задействовалось при численных расчетах в качестве начальных условий. Найденные приближенные решения описывают возникновение динамических течений воздуха в торнадоподобных атмосферных вихрях. Такое моделирование дает возможность рассчитать параметры (температуру, плотность, давление, скорости и энергию) закрученных потоков во всех точках изучаемого пространства, определить причины их возникновения, источники энергии, направление вращения и перемещения.

Согласно полученным данным, направление вращения огненных вихрей и торнадо и обычных смерчей противоположно. В Северном полушарии они вращаются по часовой стрелке, а в Южном – против. Это связано с действием силы инерции Кориолиса на особенности течения воздуха в подобных природных явлениях.

Причинами такого поведения теплового вихря ученые называют общие законы природы. Локальный нагрев и локальные перепады температур образуют перепады давления, в результате чего воздух, как сплошная сжимаемая теплопроводная среда, начинает движение. Это течение подчиняется законам термодинамики, на которые накладывается действие силы тяжести и силы Кориолиса. Согласно численным расчетам, тепловой вихрь появляется без принудительной внешней закрутки и перемещается вдоль горизонтальной поверхности, меняя форму и размер. Важно, что он изменяет их в полном соответствии с природными огненными вихрями.

Рубрики
Поделиться
Апрель 2018
ПН ВТ СР ЧТ ПТ СБ ВС
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

рубрики новостей

Показать / скрыть все рубрики

Cмотрите также