Математики поняли, как бороться с огненными вихрями

Математики изТюмГУсоздали модель, которая полностью отражает динамику реально существующих атмосферных вихрей, сообщает РИА Новости. Наука давно ищет ответ навопрос отом, какминимизировать последствия разрушительных явлений природы, вчастности огненных вихрей. Поскольку ученые пока нев силах воспроизвести эти явления искусственно, единственным лабораторным способом их изучения выступает математическое численное моделирование. Этот метод помогает нетолько понимать физические процессы закрученных воздушных потоков, нои создавать рекомендации поих уничтожению сминимальными затратами энергии. Пока, ксожалению, численное моделирование движущейся сплошной среды обычно производится наоснове моделей, которые неучитывают, например, ее сжимаемость иливязкость. Поэтому особый интерес представляет собой способ изучения огненных вихрей, предложенный математиками ТюмГУ. Огненные вихри иторнадо образуются приобъединении очагов пожаров водин: воздух нагревается и, закручиваясь, поднимается вверх. Основа нового метода – математическая модель сложных течений воздуха, учитывающая его сжимаемость, вязкость итеплопроводность, атакже действие сил тяжести ивращения системы надвижение вихря. «Последние десять лет мы проводим исследования газовой динамики врамках единой научной школы подруководством профессора Сергея Баутина. Было проведено много численных иэкспериментальных исследований, результаты которых легли воснову новой теории торнадоподобных атмосферных вихрей. Она отличается отвсех традиционных тем, что поясняет причины возникновения вихрей ипредлагает методы их уничтожения. Можно сказать, что мы приблизились кразгадке одной изтайн природы, связанной ссуществованием целого ряда красивых игрозных атмосферных явлений», – рассказывает один изавторов работы, преподаватель кафедры алгебры иматематической логикиДарья Баранникова. Но написать уравнение недостаточно, нужно еще найти его решения. И два уже найдены, несмотря насложность модели. Одно изних – стационарное распределение воздуха ватмосфере Земли. Оно задействовалось причисленных расчетах вкачестве начальных условий. Найденные приближенные решения описывают возникновение динамических течений воздуха вторнадоподобных атмосферных вихрях. Такое моделирование дает возможность рассчитать параметры (температуру, плотность, давление, скорости иэнергию) закрученных потоков вовсех точках изучаемого пространства, определить причины их возникновения, источники энергии, направление вращения иперемещения. Согласно полученным данным, направление вращения огненных вихрей иторнадо иобычных смерчей противоположно. В Северном полушарии они вращаются почасовой стрелке, ав Южном – против. Это связано сдействием силы инерции Кориолиса наособенности течения воздуха вподобных природных явлениях. Причинами такого поведения теплового вихря ученые называют общие законы природы. Локальный нагрев илокальные перепады температур образуют перепады давления, врезультате чего воздух, каксплошная сжимаемая теплопроводная среда, начинает движение. Это течение подчиняется законам термодинамики, накоторые накладывается действие силы тяжести исилы Кориолиса. Согласно численным расчетам, тепловой вихрь появляется безпринудительной внешней закрутки иперемещается вдоль горизонтальной поверхности, меняя форму иразмер. Важно, что он изменяет их вполном соответствии сприродными огненными вихрями.
Партнёр: Тюменский государственный университет