看似混亂的湍流在一連串較小的漩渦和漩渦中展開(kāi)

湍流可以在大大小小的地方找到，從爆炸的超新星和龐大的洋流，到在用激光轟擊的微小聚變?nèi)剂想姵貎?nèi)形成的不穩(wěn)定等離子體。

然而，羅切斯特大學(xué)的研究人員說(shuō)，看似混亂的湍流在一連串較小的漩渦和漩渦中展開(kāi) - 然后在那些漩渦和漩渦中更小的漩渦和漩渦 - 出乎意料的事情發(fā)生了。

那些較小的漩渦和漩渦開(kāi)始表現(xiàn)得非常相似。

“隨著這個(gè)過(guò)程的展開(kāi)，創(chuàng)造出??這些越來(lái)越小的結(jié)構(gòu)，它就會(huì)失去引發(fā)流入湍流狀態(tài)的第一件事，”機(jī)械工程助理教授，物理評(píng)論發(fā)表論文的共同作者Hussein Aluie說(shuō)。信件。“這種記憶的喪失使得那些小規(guī)模的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)得很普遍。”

因此，Aluie和主要作者Xin Bian，博士。他的實(shí)驗(yàn)室里的學(xué)生描述了一套新的守恒定律 -描述自然過(guò)程的基本定律 - 這是磁場(chǎng)內(nèi)湍流特有的。

這導(dǎo)致了一組簡(jiǎn)化的方程式，可以應(yīng)用于多個(gè)研究領(lǐng)域，包括：

恒星和星系的演化，以及物質(zhì)在太空中的增加;

預(yù)測(cè)太陽(yáng)風(fēng)引起的地球周圍的空間天氣; 和

磁化襯墊慣性融合(MagLIF)，一種在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)受控融合的實(shí)驗(yàn)方法。

在本研究過(guò)程中，Bian和Aluie在勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的國(guó)家能源研究科學(xué)計(jì)算中心(NERSC)的超級(jí)計(jì)算機(jī)上使用了超過(guò)16,000個(gè)計(jì)算核心和大約600萬(wàn)個(gè)CPU小時(shí)。

“模擬是同類中最大的模擬，”Aluie說(shuō)。

研究人員還設(shè)計(jì)了一種新的分析方法來(lái)揭示湍流物體如何在不同尺度上相互“交流”。

“你可以在理論上使用它，你可以將它用于數(shù)值模擬，并將其應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)或甚至衛(wèi)星的觀測(cè)，”Aluie說(shuō)。“它非常多才多藝。”

Aluie的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用這種方法來(lái)研究漩渦和漩渦如何影響海洋中的大氣環(huán)流模式，以及風(fēng)和水之間的相互作用如何影響這些漩渦的演變。

“我們正在應(yīng)用它來(lái)量化風(fēng)力輸入海洋的能量，”Aluie說(shuō)。“我們開(kāi)發(fā)的工具非常善于解開(kāi)混亂和復(fù)雜的系統(tǒng)。”