Ученые из Перми разработали «торнадо» из жидкого металла — данная установка иллюстрирует разнообразие вихревых потоков

В Перми была создана уникальная установка, которая генерирует закрученные магнитным полем потоки жидкого металла с вихрями, вертикальными джетами и «торнадо».Расплавленный металлИсточник: Unsplash

В Институте механики сплошных сред УрО РАН (Пермь) была разработана уникальная экспериментальная установка. В ней с помощью токовых катушек создается внешнее магнитное поле, которое закручивает жидкий металл в цилиндрическом сосуде. Результаты проводимых экспериментов опубликованы в Journal of Fluid Mechanics.

Конструкция сосуда — две части с различным диаметром — напоминает, к примеру, ковш для непрерывного литья. Такая форма и магнитное поле дают возможность формировать в жидкости потоки с противоположным вращением, что приводит к возникновению сложных «вихревых» конфигураций.

Вихри, джеты, торнадо

В процессе экспериментов исследователи зафиксировали разнообразные режимы течения: от сравнительно простых на малых скоростях до мощных закрученных потоков, включая крупномасштабные вихри — аналог торнадо — с нисходящим центральным потоком, а также вертикальные джеты — струйные течения, не требующие внешней прокачки.

Это не просто демонстрация — подобные структуры могут формироваться при литье, переработке ртути и жидких сплавов, электролизе, а также в природных условиях, как, например, в металлическом ядре планет и звезд. Понимание магнитной гидродинамики жидких металлов имеет значение для металлургии, энергетики, геофизики и астрофизики.

Закрученные потоки жидкости и газа находят широкое применение в современной технике благодаря своим аэродинамическим, термодинамическим и гидромеханическим свойствам, которые позволяют многократно повышать эффективность процессов энерго-, массо- и теплообмена. Удивительно, насколько широкий спектр сценариев предоставляет наша установка: начиная от достаточно простых течений при низких скоростях и заканчивая сложными течениями типа вертикальных джетов и торнадо. Изучение каждого из этих течений и понимание механизмов управления ими помогут оптимизировать производственные процессы, подавляя нежелательные или создавая полезные эффекты.

Фото: hi-tech.mail.ru