Исследователи Казанского федерального университета под руководством ведущего научного сотрудника НИЛ «Интеллектуальные биомиметические и природосообразные системы» Института математики и механики имени Н.И. Лобачевского Артема Нуриева разработали универсальную математическую модель, описывающую поведение колеблющегося тела в вязкой среде.
Новая теория, верифицированная на численных моделях и экспериментальных данных, позволяет рассчитывать гидродинамические силы для любой формы поперечного сечения удлиненного тела с помощью единой формулы. Работа поддержана грантом Российского научного фонда и опубликована в Journal of Fluid Mechanics.
По словам А. Нуриева, колебательное движение в жидкости и газе окружает нас повсюду. Это морские волны, набегающие на опоры мостов, платформы и порывы ветра, раскачивающие высотные здания и мосты, вибрации корпусов кораблей и подводных аппаратов. Это основы плавания и полета живых организмов – от микроскопических бактерий до китов и птиц. Именно поэтому расчет таких движений имеет огромное значение как в инженерной практике, так и в фундаментальной науке.
Важно отметить, что авторы вывели новую теорию строго математически из фундаментальных уравнений Навье-Стокса, которые считаются краеугольным камнем гидродинамики и описывают движение любой вязкой жидкости. Для этого был применен метод асимптотических разложений, основанный на предположении о быстрых и малых колебаниях.
Ученые решили уравнения в различных областях потока: вдали от тела, где жидкость ведет себя как идеальная, и в тонком пристеночном вязком слое. Итоговая формула включила в себя три ключевых компонента: силу присоединенной массы, силу Бассе (отвечающую за «память» среды) и силу вязкого трения.
Одним из интересных моментов в расчетах является «память» жидкости. Этот эффект означает, что течение хранит в себе информацию об истории движения жидкости.
Область применения новой теории охватывает множество направлений современной науки и технологии.
В дальнейшем исследователи планируют создание полной теории движения птиц, рыб и подобных им автономных аппаратов.
Новая теория, верифицированная на численных моделях и экспериментальных данных, позволяет рассчитывать гидродинамические силы для любой формы поперечного сечения удлиненного тела с помощью единой формулы. Работа поддержана грантом Российского научного фонда и опубликована в Journal of Fluid Mechanics.
По словам А. Нуриева, колебательное движение в жидкости и газе окружает нас повсюду. Это морские волны, набегающие на опоры мостов, платформы и порывы ветра, раскачивающие высотные здания и мосты, вибрации корпусов кораблей и подводных аппаратов. Это основы плавания и полета живых организмов – от микроскопических бактерий до китов и птиц. Именно поэтому расчет таких движений имеет огромное значение как в инженерной практике, так и в фундаментальной науке.
Важно отметить, что авторы вывели новую теорию строго математически из фундаментальных уравнений Навье-Стокса, которые считаются краеугольным камнем гидродинамики и описывают движение любой вязкой жидкости. Для этого был применен метод асимптотических разложений, основанный на предположении о быстрых и малых колебаниях.
Ученые решили уравнения в различных областях потока: вдали от тела, где жидкость ведет себя как идеальная, и в тонком пристеночном вязком слое. Итоговая формула включила в себя три ключевых компонента: силу присоединенной массы, силу Бассе (отвечающую за «память» среды) и силу вязкого трения.
Одним из интересных моментов в расчетах является «память» жидкости. Этот эффект означает, что течение хранит в себе информацию об истории движения жидкости.
Область применения новой теории охватывает множество направлений современной науки и технологии.
В дальнейшем исследователи планируют создание полной теории движения птиц, рыб и подобных им автономных аппаратов.