Турбулентность и ее влияние

Ученые используют суперкомпьютеры, чтобы лучше понять турбулентные потоки, которые взаимодействуют с ударными волнами. Это понимание может помочь в разработке сверхзвукового и гиперзвукового самолета, более эффективном зажигании двигателя, а также раскрыть тайны взрывов сверхновых, звездообразования и многое другое.

«Мы предложили ряд новых способов понимания взаимодействия с шоковой турбулентностью», — сказал Диего Донзис, доцент кафедры аэрокосмической техники в Техасском университете A & M.

«Мы предложили, чтобы вместо того, чтобы рассматривать шок как разрыв, нужно учитывать его конечную толщину, как в реальной жизни, которая может быть задействована в качестве определяющего параметра, например, в коэффициентах усиления», — сказал Донзис.

Эксперименты и моделирование, проведенные Донзисом и его коллегами, показали, что это усиление зависит также от числа Рейнольдса, меры силы турбулентности и числа Маха. «Мы предложили теорию, которая объединила все это в один параметр», — сказал Донзис. «И когда мы предложили эту теорию пару лет назад, у нас не было хорошо разрешенных данных с очень высоким разрешением, чтобы проверить некоторые из этих идей».

«На Stampede2 мы запустили очень большой набор данных о взаимодействиях ударной турбулентности при различных условиях, особенно при высоких уровнях интенсивности турбулентности, со степенью реализма, которая превышает то, что обычно встречается в литературе с точки зрения разрешения на малых масштабах, с точки зрения порядка схемы, которую мы использовали «, сказал Донзис.

Stampede2 — самый мощный компьютер в США для открытых научных исследований, результаты которого доступны в открытом доступе.

«Благодаря Stampede2 мы можем не только показать, как масштабируются коэффициенты усиления, но и при каких условиях мы ожидаем, что теория Рибнера будет придерживаться, и при каких условиях наше ранее предложенное масштабирование является более подходящим».

Донзис продолжил, что «Stampede2 позволяет нам запускать симуляции, некоторые из которых находятся на беспрецедентных уровнях реализма, в частности, в маломасштабном разрешении, которое нам нужно для изучения процессов на очень малых масштабах турбулентных потоков.

Более того, ученые также исследовали так называемые ударные скачки, которые представляют собой резкие изменения давления и температуры при движении вещества через удар. «В этом исследовании мы разработали и протестировали новую теоретическую основу, чтобы понять, например, почему в противном случае стационарный удар начинает двигаться, когда входящий поток турбулентный», — сказал Донзис.