Araştırmacılar, akışkanlar dinamiği anlayışımızı geliştirmek için hava-su arayüzünde yüzen nesnelerin hidrodinamiğini araştırıyorlar. Çalışmaları, karmaşık hidrodinamiğe ilişkin temel içgörüleri ortaya çıkardı ve bulgular, özellikle deniz mühendisliği olmak üzere çeşitli alanlarda potansiyel olarak devrim yaratabilir.
Araştırmacılar, yüzer kürelerin dinamiklerini ve yüzeydeki yatay hava boşluklarının oluşumunu ortaya çıkardı. hava-su arayüzü.
Suudi Arabistan’daki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden (KAUST) disiplinlerarası bir araştırmacı ekibi, deniz hayvanlarını koruma ve deniz ortamlarında sürdürülebilir çözümleri teşvik etme ihtiyacından yola çıkarak ve Bulgaristan’daki Sofya Üniversitesi, hava-su arayüzünde yüzen nesnelerin hidrodinamiğini araştırıyor.
Bu dinamikleri inceleyerek amaçları, akışkan hidrodinamiği ve karmaşık yüzey etkileşimleri konusundaki anlayışı genişletmek ve aşağıdaki gibi alanları ilerletmektir: deniz mühendisliği sistemlerinin, şamandıra sistemlerinin ve su altı araçlarının tasarımı ve performansı.
Hava-Su Arayüzünde Yüzer Kürelerin İncelenmesi
Pysics of Fluids’te, AIP Publishing’ten ekip, bir hava-su arayüzünde yüzen kürelerin (sekleyen taşları düşünün) dinamiklerinin incelenmesi. Çalışmaları, yatay hava boşluklarının oluşturulmasında yer alan karmaşık hidrodinamiği ve havada süzülme ile sekme arasındaki geçişi ortaya çıkardı.
Ekibin videolarından birinden, sabit bir şekilde hareket eden yatay bir küreyi gösteren bir enstantane. hava boşluğu oluşumu. Kredi: Farrukh Kamoliddinov, Ivan U. Vakarelski, Sigurdur T. Thoroddsen ve Tadd T. Truscott
Anlamak the Principles of Buoyancy
Akışkanlık ve fizik bağlamında çalışma kaldırma kuvveti birkaç temel ilke içerir: kaldırma kuvveti, hidrodinamik, sıvı direnci ve bir Reynolds sayısı.
Kaldırma, bir sıvıya batırılmış bir nesneye uygulanan yukarı doğru kuvveti ifade ederken, hidrodinamik sıvının hareketine ve onun katı nesnelerle etkileşimler.
Sıvı Direnci ve Reynolds Sayısı
Sıvı direnci veya sürükleme, bir sıvı içinde hareket eden bir nesne, yüzeyi ile sıvı arasındaki sürtünme nedeniyle dirençle karşılaştığında ortaya çıkar. Bu direnç, bir nesnenin şekli, boyutu, hızı ve sıvı özellikleri gibi faktörlere bağlıdır.
Akışkan davranışını daha ayrıntılı analiz etmek için bilim adamları, bir nesnenin etrafındaki akışın türünü belirlemek için boyutsuz bir parametre olan Reynolds sayısını kullanırlar. .
Çalışmadan Elde Edilen Sonuçlar ve Keşifler
Ekibin temel bulgularından biri, kürelerin çekme kuvveti ve hızı arttıkça davranışlarının daha düzensiz hale geldiğidir. KAUST’tan ortak yazar Farrukh Kamoliddinov, “Küreler, suya dalarak, su yüzeyine doğru yükselip onu delip geçerek ve su altı hava boşluklarını yatay yönde birleştirerek salınım hareketleri sergiliyor” dedi.
Ayrıca daha büyüklerini de keşfettiler. çekme açıları, farklı hava boşluğu uzunluklarına, daha büyük atlama mesafelerine ve daha erken su çıkış davranışına neden olur. Bu, çekme açısının yüzer kürelerin hidrodinamiğinin şekillenmesinde önemli bir rol oynadığı anlamına gelir.
Sonuçlar ve Gelecekteki Uygulamalar{10 }
Ve boşluk, belirli bir mesafe boyunca sabit bir hızla sabit bir yatay hareket sürdürür. Hava boşluğu oluşumu, ters kanat şekli ve arkasında çalkantılı bir dümen suyu dahil olmak üzere farklı özellikler sergiliyor. Boşluğun bu sabit ve kontrollü yatay hareketi, karmaşık akışkan dinamiğine dair fikir sağlar ve daha fazla araştırma ve uygulamaya kapı açar.
“Yüzerinde duran küre dinamiklerini ve boşluk oluşumunu anlamak, deniz mühendisliğinin ötesindeki alanlarda yeni tasarımlara ve yeniliklere ilham verebilir. ”dedi Kamoliddinov. “Potansiyel olarak yeni yeni itme sistemlerine, sürtünme azaltma stratejilerine, akışkan itme sistemlerine ve yüzer kürelerin özelliklerinden yararlanan akışkan cihazlara yol açabilir.”
Referans: “Su altında sekme: Havada yüzer küre hidrodinamiği -water interface” yazan Farrukh Kamoliddinov, Ivan U. Vakarelski, Sigurdur T. Thoroddsen ve Tadd T. Truscott, 11 Temmuz 2023, Physics of Fluids.
DOI: 10.1063/5.0153610