Опис еволюції і характеристик механізмів гідродинамічної нестійкості вихрового руху в системах з об’ємним стоком та вертикальними потоками речовини. Пошук шляхів застосування теорії розвитку нестійких гідродинамічних вихрів у різних фізичних систем.
Аннотация к работе
Київський національний університет імені Тараса Шевченка УДК 532.529.5, 532.527 Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук Гідродинамічна нестійкість вихрового руху в системах з об’ємним стоком речовини Спеціальність 01.04.02 - теоретична фізика Наришкін Роман Олександрович Київ 2005 Загальна характеристика роботи гідродинамічна нестійкість вихровий рух Актуальність теми. В той же час питання стосовно потужних атмосферних вихрів потребує подальшого вивчення. Дисертаційна робота присвячена застосуванню нового нещодавно запропонованого механізму появи та еволюції нестійких гідродинамічних вихрів у системах з об’ємним стоком речовини (Е.А. Пашицький, 2002 р.). Цей механізм, на нашу думку, є універсальним і може з єдиної точки зору пояснити особливості фізичних процесів, які за певних умов, виникають в наступних, здавалося б зовсім різних фізичних системах: потужних атмосферних вихорах, перенасиченому розчині 3Не-4Не, гарячій (високозбудженій) ядерній матерії, що утворюється при ультрарелятивістському зіткненні важких ядер, та в резонансно-збудженому газі. Вивчення фізичних властивостей трьох останніх фізичних систем є основними напрямками наукової діяльності кафедри квантової теорії поля Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Задачі дослідження полягали в: · аналітичному отриманні нестійких (наростаючих в часі) вихрових розв’язків рівняння Нав’є-Стокса для нестисливої багатокомпонентної рідини (газу) з наявністю об’ємного стоку речовини за рахунок фазових перетворень чи ядерних реакцій; · дослідженні еволюції і характеристик отриманих розв’язків, опису організації об’ємного стоку, а також виявлення основних механізмів стабілізації вихрового руху; · застосуванні теорії розвитку нестійких гідродинамічних вихрів до різних фізичних систем: потужних атмосферних вихрів, перенасиченого розчину 3Не-4Не, гарячої ядерної матерії, що утворюється при ультрарелятивістському зіткненні важких ядер та до резонансно-збудженого газу. Наукова новизна отриманих у дисертації результатів полягає в тому, що в роботі було вперше: · детально проаналізовано механізми нестійкості та механізми стабілізації вихрового руху в системах з об’ємним стоком речовини; знайдено профіль швидкості в області тангенціального розриву на границі області об’ємного стоку; з використанням спостережуваних даних та запропонованого механізму нестійкості оцінено потужність об’ємного стоку у хмарі перенасиченої водяної пари та характерні часи зародження торнадо і тайфунів; · запропоновано загальний метод для знаходження “умовно бездисипативних розв’язків” рівнянь Нав’є-Стокса (які зануляють в них в’язкі доданки) у циліндричній та сферичній системі координат; результати для аксіально-несиметричних та сферичних розв’язків застосовано до відповідних фізичних систем; · показано, що нестійкість „твердотільного” обертання доменів розпаду в процесі розшарування перенасиченого розчину 3Не-4Не може приводити до прискорення гетерогенного розпаду розчину порівняно із гомогенним розпадом за рахунок збільшення густини квантованих вихрів у системі при наростанні кутової швидкості надплинної компоненти; · показано, що гідродинамічна нестійкість обертання згустку гарячої ядерної матерії (фаєрболу), що утворюється при зіткненні релятивістських важких ядер з великими орбітальними моментами може приводити до експериментально спостережуваних змін у розподілах вилітаючих частинок; досліджено вплив скінченності просторових розмірів та часу життя фаєрбола (як області об’ємного стоку) на розподіл теплових дилептонів, що утворюються при анігіляції ?-мезонів; · знайдено, що утворення квазімолекул (збуджених станів молекул, які не існують в основному стані) може чинити стабілізуючий ефект на нестійкість вихрового руху у резонансно-збудженому газі; розраховано параметри та час життя квазімолекул і показано їх метастабільність; обчислено рівноважні концентрації квазімолекул у резонансно-збудженому газі при дії лазерної накачки. В роботі [2] автору належать результати по розрахунку профілю гідродинамічного вихору із врахуванням турбулентної в’язкості, аналізу механізмів стабілізації вихрового руху та оцінки їх характерних часів, а також застосування теорії дифузії вихору. Значна частина матеріалу у параграфах 1.3.1 - 1.3.3 містить ідеї та огляд результатів, отриманих Е.А. Пашицьким у 2002 р. стосовно виникнення торнадо і тайфунів. Зроблено висновок, що спостережена на експерименті (В.А. Михеев, Э.Я. Рудавский, В.К. Чаговец, Г.А. Шешин, 1991) велика швидкість розпаду перенасиченого розчину 3Не-4Не, що набагато більша за обчислену теоретично швидкість гомогенного розпаду (И.М. Лифшиц, В.Н. Полесский, В.А. Хохлов, 1978), може бути пояснена утворенням гідродинамічних вихрів у розчині в процесі його розшарування за рахунок збільшення густини квантованих вихрів (де - квант циркуляції надплинної компоненти швидкості, а - наростаюча в часі її кутова швидкість (3)), які стають протяжними центрами гетерогенного розпаду в усьому об’ємі