Все новости
2019-02-18
Фиксация темной материи - теория и практика
Подробнее
2019-02-17
НАСА купит места Союзах, снимает песчаные реки Марса и звезды, ищет недостающую материю
Подробнее
2019-02-17
Роскосмос: Открытие спутника «Ломоносов», инфраструктура для «Енисея» «Хаябуса-2», Юпитер в объективе «Юноны»
Подробнее
2019-02-16
Нейросеть создаёт фото несуществующих людей
Подробнее
2019-02-15
Психология в замкнутом пространстве в виртуальном полете на Луну
Подробнее
2019-02-12
Материалы наиболее эффективные для преобразования тепла
Подробнее
2019-02-11
Осцилляторную нейронную сеть научили распознавать образы
Подробнее
2019-02-08
международная экспедиция в пещерную систему Мчишта-Акшаша (Абхазия)
Подробнее
2019-01-29
Большие возможности мини-мозгов из стволовых клеток
Подробнее
2019-01-24
В межзвёздной среде обнаружили предшественника аденина
Подробнее
|
ТЕМЫ НОВОСТЕЙ: • РФ • Космос и физика • Микромир и химия
2018-09-29 (№ 88)
«Песни» пламени на уровне отдельных частиц
МОСКВА, МГТУ имени Н.Э. Баумана 29 сентября ИНДИКАТОР. Ученые впервые исследовали термоакустическую неустойчивость, из-за которой в жидкой комплексной плазме возникает звук — своеобразная «песня» пламени. Результаты показывают, что аналогичные неустойчивости могут существовать во многих открытых и химически реактивных системах. Термоакустическая неустойчивость может играть важную роль в процессе горения топлива, но на уровне отдельных частиц ранее она не изучалась. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Явление термоакустической неустойчивости описал британский физик Джон Уильям Рэлей (Рэйли) в 1878 году на примере газов. Если нагревать газ одновременно с его сжатием и охлаждать с разрежением, это стимулирует усиление звука. Звуковые колебания, влияя на процесс горения, могут сделать его нестабильным. Физики из МГТУ имени Н.Э. Баумана, Объединенного института высоких температур РАН и Университета Экс-Марсель (Франция) впервые теоретически и экспериментально исследовали термоакустическую неустойчивость в жидкой комплексной (пылевой) плазме. Такая система состоит из слабо ионизированного газа (плазмы) и твердых микрочастиц, размеры которых позволяют изучать процессы на уровне отдельных частиц. Выстраиваясь в пространстве определенным образом, микрочастицы образуют плазменные кристаллы.
Система микрочастиц может разогреваться за счет энергии потока плазмы, и чем выше температура, тем лучше нагревается система. Этот процесс приводит к неравновесному плавлению, которое физически аналогично горению кристаллов (это доказывают результаты более ранних исследований). Распространение фронта пламени, который разделяет исходный кристалл и расплавленную область, сопровождается генерацией звука. Термоакустическая неустойчивость ранее никогда не анализировалась и не изучалась в такой среде, потому что наблюдаемые акустические пульсации считались паразитным эффектом. Теперь же ученые установили, что процессы, протекающие в комплексной плазме, физически аналогичны тем, что протекают при горении в реактивных средах.
«Можно сказать, что нам стало интересно узнать, о чем поет пламя, и увидеть эти "песни" на уровне отдельных частиц», — поясняет руководитель исследования, ведущий научный сотрудник МГТУ имени Н.Э. Баумана Станислав Юрченко.
Термоакустическая неустойчивость может обеспечить эффективный переход химической энергии в энергию акустических колебаний, а ее можно использовать в двигателях и технологиях сжигания. Поскольку термоакустическая неустойчивость может вызвать пульсации на фронтах горения, это может привести к их ускорению и изменению режима горения в реактивных средах.
Система микрочастиц в плазме может черпать энергию из энергии потока и разогреваться благодаря тому, что эффективные силы действия и противодействия между микрочастицами в потоках плазмы не равны между собой. Такие системы с невзаимными взаимодействиями демонстрируют активационную динамику (как в случае с нагреванием системы микрочастиц в плазме) и существенно отличаются от консервативных систем, где полная энергия сохраняется. Результаты ученых показывают, что аналогичная неустойчивость потенциально может существовать во всех системах с невзаимными взаимодействиями, поэтому ее исследование может быть интересно ученым из разных областей.
«Системы с невзаимными взаимодействиями не редкость. Здесь можно привести в пример неравновесные коллоидные суспензии с химическими превращениями частиц, взаимодействия в потоках жидкости, колонии бактерий, стаи птиц, рыб, насекомых, толпы людей и даже мультиагентные робототехнические системы», — поясняет Станислав Юрченко.
Оригинальная статья по исследованию - публикация в журнале Physical Review Letters:
journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.075003
Никита Крючков, Егор Яковлев, Евгений Горбунов, Lenaic Coundel, Андрей Липаев, and Palmer. Yurchenko.
АННОТАЦИЯ
Впервые исследована термоакустическая неустойчивость в комплексной плазме жидкого монослоя. Эксперименты, теория, и имитации демонстрируют что взаимные эффективные взаимодействия между частицами (посредничанными подачами плазмы) обеспечивают положительную термальную обратную связь ведя к акустической ядровой амплификации. Форма генерируемых звуковых спектров, полученная как в экспериментах, так и при моделировании, прекрасно согласуется с теорией, обосновывающей термоакустическую неустойчивость в комплексной плазме жидкости. Результаты указывают на физическую аналогию между динамикой коллективных флуктуаций в реактивных средах и в системах с нерексипрокальными эффективными взаимодействиями, проявляющими активационное поведение.
Источник
|
Сайты партнеры
|