Bilim insanları, akışkanlar dinamiğinde çığır açan bir çalışmaya imza attı. Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Johns Hopkins Üniversitesi ve Duke Üniversitesi'nden oluşan uluslararası bir araştırma ekibi, akışkanlardaki türbülansı tanımlayan klasik bir teorinin, su içinde yükselen kabarcıkların yarattığı kaotik hareketi de açıkladığını keşfetti. Physical Review Letters dergisinde yayımlanan çalışma, Rus matematikçi Andrey Kolmogorov’un 1941 yılında geliştirdiği teorinin kabarcıklı sistemlerde de geçerli olduğuna dair ilk doğrudan deneysel kanıtı sundu.
YÜKSEK HIZLI KAMERA
Kabarcıkların neden olduğu türbülansın gazlı içeceklerden okyanus dalgalarına kadar günlük yaşamın her alanında mevcut olduğu biliniyor. Ancak bilim dünyası, onlarca yıldır Kolmogorov teorisinin bu karmaşık sistemlere uygulanıp uygulanamayacağını tartışıyordu. HZDR Akışkanlar Dinamiği Enstitüsü'nden Dr. Tian Ma ve ekibi, bu sorunu çözmek için "3B eş zamanlı Lagrangian takibi" adı verilen gelişmiş bir yöntem kullandı. Deneylerde, 11,5 cm genişliğindeki bir su sütununa bırakılan kabarcıklar, saniyede 2.500 kare kaydeden dört yüksek hızlı kamera ile izlendi.
TEORİ DENEYLE DOĞRULANDI
Araştırmacılar, çapları üç ila beş milimetre arasında değişen kabarcıkların hareketlerini ve yarattıkları türbülansı detaylıca inceledi. Yapılan analizler sonucunda, orta büyüklükteki kabarcık yoğunluklarında akıştaki türbülansın, Kolmogorov’un tahminleriyle birebir örtüştüğü görüldü. Duke Üniversitesi'nden Dr. Andrew Bragg, bu teorinin kabarcık kaynaklı türbülansı bu denli iyi tanımlamasının hem şaşırtıcı hem de heyecan verici olduğunu belirtti. Bragg, teorinin enerjinin büyük girdaplardan küçüklere doğru nasıl aktığını zarif bir şekilde öngördüğünü ifade etti.
DOĞANIN KOYDUĞU SINIR
Çalışma sırasında ekip, türbülansın enerji kaybetme hızını tahmin etmek için yeni bir matematiksel formül de geliştirdi. Ancak araştırmacılar, teorinin uygulanabilirliğinde fiziksel bir sınırla da karşılaştı. Çalışmanın ortak yazarlarından Dr. Hendrik Hessenkemper, teorinin en iyi işlediği durumlar için kabarcıkların çok büyük olması gerektiğini, ancak doğada bu kadar büyük kabarcıkların kendi kararsızlıkları nedeniyle parçalandığını dile getirdi. Hessenkemper, doğanın mükemmel bir Kolmogorov türbülansını engellemesine rağmen, doğru koşullarda buna çok yaklaşıldığını kaydetti.
GELECEKTEKİ UYGULAMA ALANLARI
Elde edilen bulguların sadece teorik bir tartışmayı sonlandırmakla kalmayıp, aynı zamanda mühendislik alanında da pratik faydalar sağlaması bekleniyor. Uzmanlar, bu keşfin kimyasal reaktörlerin tasarımından atık su arıtma tesislerinin verimliliğine kadar pek çok endüstriyel süreci iyileştirebileceğini vurguluyor. Araştırmacı Dr. Tian Ma, 80 yıldan eski bir teorinin böylesine karmaşık bir ortamda bile geçerliliğini korumasının etkileyici olduğunu belirterek, gelecekteki çalışmaların daha karmaşık kabarcık şekilleri ve farklı akışkan koşulları üzerine yoğunlaşacağını sözlerine ekledi.
