ملخص
نحن نهدف إلى فهم حالات عدم استقرار السوائل والتحكم فيها مثل الانتقال إلى الاضطراب وتكوين المضلعات المالحة في البحيرات الجافة.
نحن نفكر دائمًا في السائل باعتباره مادة تتدفق، ولكن كم مرة نتساءل عن كيفية تدفقها؟ افتح الصنبور قليلاً وسترى تيارًا شفافًا من الماء. يكون التدفق صفحيًا وتتحرك جميع جزيئات الماء بلطف في اتجاه التيار. الآن، افتح الصنبور إلى أقصى حد. لقد أصبح الدفق معتمًا! تتدفق المياه الآن بطريقة مضطربة. إنه مليء بدوامات صغيرة تحبس فقاعات الهواء التي تعيق مسار الضوء وتجعل التيار معتمًا. ما حدث في هذه التجربة هو عدم الاستقرار. في البداية، يكون التدفق طبقيًا، ولكن في مرحلة ما، يتم الوصول إلى فتحة صنبور حرجة ويحدث الانتقال إلى الاضطراب.
يعد نقل السوائل في الأنابيب منتشرًا في كل مكان في الصناعة، بدءًا من الحجم الصغير لنفاثات الحبر وحتى النقل عبر خطوط الأنابيب على نطاق واسع. في معظم الحالات، نرغب في زيادة معدل التدفق ولكن هذا قد يؤدي إلى عدم استقرار غير مرغوب فيه. تترافق التدفقات المضطربة في الأنابيب مع زيادة في احتكاك الجدران، وبالتالي تكون أقل كفاءة من حيث الطاقة من نظيراتها الصفائحية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي ميزات التدفق المضطرب إلى إتلاف الأنبوب على المدى الطويل. نحن نهدف إلى فهم كيفية حدوث حالة عدم الاستقرار وكيفية السيطرة عليها.
يمكن العثور على بحيرات الملح الجافة في العديد من المناطق القاحلة وتؤدي إلى ظهور مناظر طبيعية خلابة مكونة من مضلعات ملحية (ابحث عنها على جوجل!). ما علاقة هذا بالسوائل؟ حسنًا، قد تكون البحيرة جافة ولكن الماء لا يقع بعيدًا عن السطح المرئي. وهو مالح، وعندما يتبخر، يترسب الملح في القشرة السطحية المرئية، مما يساهم في نموها وإنشاء مضلعات الملح. تتآكل القشرة السطحية بفعل الرياح وتنتج الغبار الذي يتم بعد ذلك نقله بعيدًا. في بحيرة أوينز (كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية)، على سبيل المثال، يحتوي الغبار الناتج على الزرنيخ ويشكل خطرًا على السكان المجاورين. هناك، فإن فهم عدم الاستقرار الذي ينتج مضلعات الملح والتحكم فيه قد يؤدي إلى زيادة جودة الهواء بشكل كبير.
وهذان مجرد مثالين على حالات عدم الاستقرار التي نهدف إلى دراستها. نحن نستخدم مزيجًا من الأساليب الرقمية (الطرق الطيفية، والاستمرارية الرقمية، وما إلى ذلك) والتقنيات التحليلية (الثبات الخطي وتحليلات الثبات غير الخطية الضعيفة، وما إلى ذلك) المستوحاة من الأنظمة الديناميكية في تحقيقاتنا.
