• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Физики из ВШЭ рассказали, как управлять вихрями в двумерной турбулентности

Физики из ВШЭ рассказали, как управлять вихрями в двумерной турбулентности

© iStock

Как поведение турбулентных потоков меняется под действием внешнего воздействия, выяснили исследователи Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау РАН и факультета физики НИУ ВШЭ. Они показали, что даже небольшое подкручивание извне может стабилизировать систему, продлевая жизнь крупных вихрей. Такие результаты помогут точнее моделировать атмосферные и океанические потоки. Работа опубликована в журнале Physics of Fluids.

Турбулентность — кажущееся беспорядочным движение воды и воздуха, которое возникает, когда потоки вещества начинают двигаться с очень высокой скоростью. В состоянии турбулентности потоки жидкости постоянно перемешиваются, ломаются, вихри распадаются на маленькие, иногда исчезают или, наоборот, собираются в крупные. 

Хотя ученые знают условия возникновения турбулентных потоков, для описания их поведения и эволюции приходится использовать сложные математические модели со множеством параметров. Чтобы понять поведение реальных систем, например атмосферы и океанов Земли, исследователи моделируют динамику турбулентности в упрощенном виде — изучают ее на плоскости вместо объема.

Законы турбулентности в трехмерных и двумерных системах кардинально различаются. В трехмерных турбулентных системах энергия движется по прямому каскаду: большие потоки склонны распадаться на маленькие, энергия которых после выделяется в виде тепла. В плоских системах турбулентность проявляется иначе. Двумерная конфигурация заставляет энергию перемещаться по обратному каскаду: мелкие вихри стремятся объединяться в крупные. 

Научный сотрудник ИТФ имени Л.Д. Ландау РАН и Международной лаборатории физики конденсированного состояния НИУ ВШЭ Владимир Парфеньев и студентка магистратуры факультета физики НИУ ВШЭ Алиса Шиканиан смоделировали поведение турбулентных вихрей на плоскости. Они изучили динамику жидкости в квадратной ячейке. 

Ученые рассмотрели случай, в котором к двумерной системе прикладывают постоянный внешний крутящий момент, как будто потоки дополнительно закручивают извне. Оказалось, что добавление совсем небольшого внешнего подкручивания способно увеличить время жизни крупных вихрей и стабилизировать поведение системы. 

Численный эксперимент: a) система с внешним крутящим моментом, в центре формируется устойчивый крупный вихрь; b–d) поведение системы без подкрутки в различные моменты времени. Вихрь в центре может спонтанно разрушаться и изменять направление вращения
© Phys. Fluids 37, 095127 (2025); doi: 10. 1063/5. 0288507

Математическое моделирование позволило определить, как толщина пограничного слоя у стенок, где происходит рассеяние энергии, зависит от параметров изучаемой системы. Скорость жидкости у границ в проведенном моделировании вела себя так же, как в лабораторных экспериментах с мыльными пленками других исследовательских групп: увеличивалась при удалении от стенок по закономерностям одного типа. При этом в системе образовывались крупные вихри, обратный каскад энергии не останавливался и доходил до размеров системы.

Владимир Парфеньев

«Самый важный для нас результат — точное понимание того факта, что трения жидкости только о стенки недостаточно для остановки обратного каскада энергии в двумерной системе, вихри жидкости всегда будут стремиться собраться в крупные структуры. Так или иначе энергия в системе накапливается на крупных масштабах — именно так из хаоса образуется порядок», — рассказал Владимир Парфеньев. 

Полученные учеными результаты расширяют понимание процессов, управляющих формированием крупномасштабных структур в двумерной турбулентности, и создают прочный фундамент для будущих исследований в этой области. Занимающиеся науками о Земле ученые смогут использовать результаты работы для уточнения прогностических моделей океанических и атмосферных течений. 

Работа была выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект 23-72-30006. 

Вам также может быть интересно:

Уже не выбор, а реальность: трансформация мира под влиянием ИИ

Искусственный интеллект уже не воспринимается как технология будущего: он стремительно меняет процессы принятия решений, рынок труда и социальные практики. Вместе с тем он несет с собой не только новые грандиозные возможности, но и системные риски, связанные с ростом зависимости от данных, трансформацией профессий и изменением человеческого поведения. В НИУ ВШЭ создали семантическую карту разломов, которая показала ключевые тренды в развитии технологий.

НИУ ВШЭ и ДИТ Москвы подписали соглашение о развитии сети 5G и 6G

Департамент информационных технологий города Москвы и Высшая школа экономики подписали соглашение о сотрудничестве в области инновационного развития ИТ-инфраструктуры столицы. Стороны договорились о совместных исследованиях в области современных и перспективных технологий связи, включая 5G и 6G, а также ИИ, интернета вещей и других технологий умного города.

Грантовый акселератор: от научной идеи до победы в РНФ

В начале апреля в НИУ ВШЭ прошел интенсив для молодых исследователей университета, планирующих участвовать в конкурсах Российского научного фонда. За день участники услышали от представителей РНФ о приоритетах Фонда, разобрали типичные ошибки в заявках и под руководством опытных грантополучателей проработали архитектуру собственных проектов. Итогом стала готовая основа заявки, которую коллеги смогут доработать и подать на ближайший конкурс.

НИУ ВШЭ представил результаты исследований на конференции по ИИ в Омане

В апреле 2026 года в Университете Низвы (Султанат Оман) состоялась Международная конференция по интеллектуальным системам и приложениям искусственного интеллекта (ISAA 2026). Высшая школа экономики выступила соорганизатором мероприятия совместно с Университетом Низвы и Университетом технологий и прикладных наук Ибри. Ученые НИУ ВШЭ также вошли в число ключевых спикеров конференции.

Роботы, хакатон и соревнования: в Вышке прошел фестиваль робототехники

IV Фестиваль робототехники факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ объединил школьников, студентов и ведущих разработчиков — всего более 800 участников. В течение трех дней на площадке университета проходили соревнования, лекции и демонстрации технологий. Впервые состоялся хакатон по программированию роборуки и презентация антропоморфного робота.

Почему искусственный интеллект не способен поработить человечество

1 апреля на факультете математики НИУ ВШЭ встретили российского ученого, преподавателя и специалиста по информационной безопасности Андрея Масаловича, известного как КиберДед. Он представил студентам Вышки свои «Двадцать вопросов искусственному интеллекту» и поделился ответами, раскрывающими суть проблем в сфере развития ИИ, а также рассказал, почему тот никогда не сможет захватить человечество.

Тест «КардиоЖизнь» Вышки — в числе победителей премии Data Fusion Awards 2026

Разработка ученых Центра биомедицинских исследований и технологий Института ИИ и цифровых наук ФКН ВШЭ — генетический тест «КардиоЖизнь» — одержала победу в Общероссийской кросс-отраслевой премии в области технологий работы с данными и ИИ Data Fusion Awards. Проект занял первое место в номинации «Партнерство науки и бизнеса», показав успешную модель трансфера технологий из университетской науки в реальный сектор здравоохранения.

НИУ ВШЭ установил станцию «Геоскана» для космических исследований в Индийском технологическом институте Бомбея

На территории Индийского технологического института Бомбея (IIT Bombay) установили российскую наземную станцию для приема спутниковых данных СОНИКС. Разработка компании «Геоскан» станет частью проекта зеркальной лаборатории Высшей школы экономики и одного из ведущих университетов Индии.

ВШЭ и Positive Technologies оценят последствия кибератак на бизнес и государство

Институт мировой военной экономики и стратегии НИУ ВШЭ совместно с компанией Positive Technologies объявляет о запуске междисциплинарного научно-исследовательского конкурса «Разработка моделей прогнозирования и оценки последствий кибератаки». Молодые ученые смогут предложить свои идеи, модели и подходы к анализу социальных, экономических и иных эффектов от реализованных киберугроз. Грантовый фонд конкурса составит 3 млн рублей.

Российские ученые узнали, почему европий плохо себя ведет

Европий — редкоземельный металл, который отвечает за чистое красное свечение в дисплеях и других люминесцентных материалах. Долгое время он отказывался светиться в окружении органических молекул‑лигандов — ацилпиразолонов. Химики НИУ ВШЭ и РАН в составе международной команды выяснили причину: в комплексах европия с этими лигандами появляется особое «черное окно» — состояние с переносом заряда, когда энергия от лиганда уходит в тепло, а не в свет. Понимание этого механизма открывает путь к созданию более эффективных красных светящихся материалов для дисплеев, люминесцентных термометров и химических сенсоров. Результаты опубликованы в журнале Dalton Transactions.