20 فوریه 2023 -توسط موسسه علم و فناوری اوکیناوا -یک جریان آشفته و آشفته. اعتبار: OIST
همکاری بین موسسه علم و فناوری اوکیناوا (OIST) و دانشگاه پلی تکنیک میلان نشان داده است که وقتی یک سیال به صورت متناوب از طریق لوله پمپ می شود، هزینه حمل و نقل به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
در مطالعه اثبات مفهومی خود که اخیراً در Scientific Reports منتشر شد، محققان از شبیه‌سازی‌های عددی استفاده کردند تا نشان دهند که وقتی به‌طور دوره‌ای یک پمپ را روشن و خاموش می‌کردند، جریان سیال بین حالت آشفته و آرام در حال انتقال است. این هزینه انرژی را تا 22 درصد کاهش داد – رقمی که به گفته محققان می تواند بیشتر بهینه شود.
جریان‌های آرام، مانند جریان‌هایی که وقتی شیر آب را به‌آرامی باز می‌کنید، صاف، روان و کارآمد هستند. از سوی دیگر، جریان‌های متلاطم، مانند جریان‌هایی که یک شیر آب با شدت بالا اجرا می‌شود، آشفته‌اند و انرژی را هدر می‌دهند.
“اگر جوهر را به یک جریان آرام تزریق کنید، یک خط واضح از جوهر را خواهید دید که به سمت پایین لوله حرکت می کند، اما با یک جریان آشفته، جوهر پخش می شود زیرا هر ذره سیال مسیری غیرقابل پیش بینی را طی می کند. این حرکت آشفته در مقیاس های کوچک نتیجه می دهد. جولیو فوگی روتا، نویسنده اول و دکترای فعلی توضیح داد که انرژی زیادی از دست می رود. دانشجوی واحد سیالات و جریانات مجتمع جریان های آرام برای انتقال سیال ایده آل هستند، اما هنگامی که سیالات چسبناک به سرعت و در مقیاس های بزرگ حرکت می کنند، سیستم به طور طبیعی به سمت یک حالت آشفته تکامل می یابد.
کاهش اغتشاش و در نتیجه هزینه های جابجایی سیالات از طریق لوله ها می تواند مزایای اقتصادی و زیست محیطی بی شماری را به همراه داشته باشد. حمل و نقل سیالات بخش قابل توجهی از هزینه نهایی سوخت را تشکیل می دهد، بنابراین هیدروژن مایع می تواند برای کشورهای توسعه یافته ارزان تر شود. برای کشورهای در حال توسعه که هنوز قادر به روی آوردن به انرژی سبز نیستند، نفت و گاز طبیعی می‌توانند جایگزین انرژی مقرون‌به‌صرفه‌تری برای هیزم شوند که استفاده از آن به جنگل‌زدایی کمک می‌کند و آلاینده‌های مضر بیشتری نسبت به سوخت‌های فسیلی تولید می‌کند.
در این مطالعه، محققان کدی را ایجاد کردند که وقتی روی یک ابررایانه قدرتمند اجرا می‌شد، می‌توانست یک جریان آشفته استاندارد شده را شبیه‌سازی کند.دانشمندان سناریوهای مختلفی را اجرا کردند، مدت زمان روشن شدن پمپ، شدت پمپ (چقدر سرعت سیال را شتاب داد)، و طول کلی زمان برای هر چرخه پمپ روشن و خاموش را تغییر دادند.آنها دریافتند که چرخه های طولانی که با یک پمپ کوتاه و شدید مشخص می شود که به سرعت جریان سیال را تسریع می کند، و سپس یک فاز طولانی که در آن پمپ خاموش می شود و سیال کند می شود، بهترین کار را برای نگه داشتن سیال طولانی ترین زمان در حالت آرام دارد.
برای گام بعدی، محققان می‌خواهند سعی کنند فیزیک زیربنای انتقال مکرر بین حالت‌های آشفته و آرام را درک کنند.
پروفسور مارکو ادواردو روستی می‌گوید: «اگر بتوانیم درک کامل‌تری از اینکه چرا سیال به دلیل پمپاژ ناپایدار مانند آن رفتار می‌کند، به دست آوریم، آنگاه به کشف استراتژی پمپاژ بهینه برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی بسیار نزدیک‌تر خواهیم شد.» ، که واحد سیالات و جریانات مجتمع OIST را رهبری می کند.
