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Weizmann科學(xué)研究所、羅馬大學(xué)、CNRS和赫爾辛基大學(xué)的研究人員新進(jìn)行了一項(xiàng)研究，研究了經(jīng)典流體和超流體(如氦)中三維各向異性湍流之間的差異。其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(PRL)上，得到了理論和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持。開(kāi)展這項(xiàng)研究的研究人員之一伊塔瑪爾·普魯卡西亞(Itamar Procaccia)說(shuō)：目前研究是由我們?cè)谝陨形捍穆芯克?Weizmann Institute, Israel)的團(tuán)隊(duì)發(fā)起，由維克多·L'vov、伊塔瑪爾·普魯卡西亞(Itamar Procaccia)和安娜·波米亞洛夫(Anna Pomyalov)組成 試圖理解來(lái)自佛羅里達(dá)州立大學(xué)(Florida State University)郭偉教授、塔拉哈西大學(xué)(Tallahassee)和布拉格查爾斯大學(xué)(Charles University)的拉迪斯拉夫·斯克貝克(Ladislav Skrbek)教授的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的新奇實(shí)驗(yàn)觀(guān)察。主要目標(biāo)是了解不同尺度的湍流渦旋在經(jīng)典粘性流體(如空氣和水)和低溫超流體(如氦)中能量分布的驚人差異。在自然界和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，所有湍流在能量注入尺度上都是各向異性的，這意味著它們湍流渦旋之間的能量分布不同。以往的研究表明，均勻各向同性湍流模型(HIT)對(duì)于預(yù)測(cè)比攪拌尺度小得多。
但比耗散尺度大得多的湍流統(tǒng)計(jì)特性特別有效。在經(jīng)典流體中，三維各向異性湍流隨著尺度的減小而趨于各向同性和均勻性，因此最終將HIT模型應(yīng)用于三維各向異性湍流是可能的。然而在研究中，Procaccia和同事證明，在三維反流通道幾何中，超流體4He湍流的情況正好相反。使用的方法涉及到超流氦所謂“雙流體模型”。這個(gè)模型是基于1940-1941年Laszlo Tisza和Lev Landau的早期工作，后來(lái)H. Hall, W.F. Vinen, I.M. Khalatnikov和I。L Bekarevich。該模型將超流氦描述為兩種流體的相互滲透混合物： 一種沒(méi)有摩擦的超流體和一種由相互摩擦耦合的正常粘性流體。佛羅里達(dá)塔拉哈瑟和布拉格的兩組研究人員過(guò)去對(duì)溫度梯度下的超流體氦進(jìn)行了研究，創(chuàng)造了所謂的“逆流”。顧名思義，在逆流中，流體流向相反的不同組分；超流體從冷態(tài)流向熱態(tài)，而正常流體從熱態(tài)流向冷態(tài)。模型使一些實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)結(jié)果合理化，并預(yù)測(cè)了一些后來(lái)被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的新特征。研究的主要結(jié)果是，與經(jīng)典湍流在更小尺度上變得越來(lái)越蛤同性相反，研究的流動(dòng)隨著尺度減小變得越來(lái)越不蛤同性。在進(jìn)行這項(xiàng)研究之前，Procaccia和同事們從理論上預(yù)測(cè)，實(shí)驗(yàn)將得出他們后來(lái)收集到的觀(guān)察結(jié)果。 然而觀(guān)察到的這種效應(yīng)強(qiáng)度只有在他們與盧卡·比費(fèi)雷爾(Luca Biferale)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組合作，在一臺(tái)歐盟超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行直接數(shù)值模擬之后才變得清晰起來(lái)。Procaccia表示，理論和數(shù)值研究結(jié)果已經(jīng)激勵(lì)其他實(shí)驗(yàn)小組對(duì)逆流湍流進(jìn)行進(jìn)一步的研究。在魏茲曼研究所正在進(jìn)一步發(fā)展這一理論，關(guān)注能夠?qū)Τ黧w氦中的湍流進(jìn)行詳細(xì)研究的新實(shí)驗(yàn)技術(shù)。團(tuán)隊(duì)繼續(xù)參與分析新實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，希望能對(duì)從實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)到宇宙學(xué)實(shí)現(xiàn)(如中子星)的超流體流動(dòng)有更深入的了解。
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來(lái)自： 博科園 > 《物理學(xué)類(lèi)》
