Вихревая модель Букреева
Ответить
Букреев
Участник
Баланс:278
 
Сообщения: 31
Регистрация: 18.03.2020

Что описывает теория солитонов

Букреев » 06.04.2020 22:43

+
5
-
Безусловно красивая математическая теория солитонов описывает не природное явление, а пустое место, великолепное НИЧТО, не имеющее к природе никакого отношения. Явление никогда не лежит на поверхности, а прячется под ней. Для этого достаточно вспомнить свидетельство автора, открывшего солитоны, Джона Скотта Рассела (А.Т. Филиппов Многоликий солитон. Библиотечка Квант, выпуск 48, стр 40).
«Его высота постепенно уменьшалась, после одной или двух миль погони я потерял его в изгибах канала.»
Математическая теория солитонов блестяще описывает форму округлого холма (волны трансляции, уединённой волны, солитона), но её абсолютно не интересует основное, то природное явление, которое находится под округлым холмом. Даже для обычных волн на воде была решена задача исследования процессов, происходящих под волной. Братья Вёбер экспериментально показали, что под обычной волной частички среды двигаются по окружностям (кстати, обычная волна, не сопровождается реальным движением, а является движением состояния). Движение частичек ближе к поверхности идёт по окружностям, а ближе ко дну по эллипсам. Здравым любопытством современные физики не обладают. А как же двигаются частички под округлым холмом солитона? Что позволяет перемещаться солитону на довольно большие расстояния с малыми потерями энергии? А зачем утруждать мозги, если уже получили форму холма?

Можно задаться и более крамольным вопросом. Какой физический механизм скрывают под собой уравнения Навье Стокса? Современные экспериментальные достижения позволяют задаться этим вопросом. В работе Sirovich L., Ball K. L., Keefe L. R. Plane waves and structures in turbulent channel flow. Phys Fluids A2 (12), December 1990, 2217-2226 было найдено, что на поверхности твёрдого тела в пограничном слое возникают когерентные системы парных вихрей Тейлора, названные авторами вихревыми волнами,

Изображение

двигающиеся и вращающиеся в противоположные стороны (вихри двигаются перпендикулярно плоскости рисунка).

Мы уже знаем, что структура жидкостей и газов сформирована из элементарных вихрей в форме вихрей Бенара. При течении по твёрдой поверхности элементарные вихри скользят по ней. По правилу прецессии силе трения скольжения противодействует перпендикулярная сила. Но в среде отсутствует фиксированное направление вращения: вихри хаотически крутятся кто в лес, кто по дрова (и сила трения скольжения находится в недоумении: куда же смещать противодействующую силу из-за отсутствия детерминированного направления вращения). Причём вихри леса хоть и направлены по трём осям, но ориентированы в одну стороны (скажем вправо на рисунке), а дровяные вихри в другую (влево).

Изображение

Свободного пространства как в жидкостях, так и в газах катастрофически не хватает. Поэтому лесные вихри не могут переместиться в одну сторону, а дровяные в другую. Тем не менее природа вынуждена учитывать предпочтения элементарных вихрей, формируя пару противоположных направлений вращения.

И в одной половине пространства из хаотически расположенных вихрей, невзирая на то лесные они или дровяные, противодействующая сила их упорядочивает, создавая вихрь Тейлора одного направления вращения. Вторая половина пространства создаёт вихрь противоположного направления вращения. А раз появились два направления вращения, то силе трения противодействуют две силы, направленные в противоположные стороны, что и формирует ёлочки рис 3.

Изображение

Преобразование же хаоса в порядок требует затрат энергии. А т. к. когерентные системы вихрей Тейлора двигаются в направлении оси своего вращения, то трение скольжения их разрушает только для того, чтобы вихри формировались вновь и вновь. И каждое новое формирование системы вихрей сопровождается затратами энергии, которые получили название потерь энергии на вязкое трение.

Таким образом у поверхности появился слой вихрей, какой-то толщины. Но ведь рядом с вихревым порядком расположен хаос элементарных вихрей, который двигается в направлении течения. Между упорядоченным и хаотическим слоями появляется сила трения скольжения, которая по правилу прецессии вновь формирует противодействующую силу. И вновь хаос вынужден упорядочиваться. Но двигается он по противоположным сторонам ёлочки рис 3 и должен формовать уже не парные вихри, а вихри Тейлора, катящиеся в направлении потока. Слой этих вихрей снова да ладом взаимодействует с хаосом, формируя парные вихри, двигающиеся перпендикулярно потоку. И в результате, скажем, в трубе создаётся течение Пуазейля,

Изображение

в котором завихрённость появляется совершенно естественно.

Стоит отметить, что слоёный пирог из слоёв вихрей, двигающихся перпендикулярно потоку и в направлении потока,

Изображение

создаёт предпосылки для формирования однослойного потока в форме вихря Тейлора, катящемуся по потоку.

Изображение

На рис 5 кружки это вихри, скользящие навстречу нам (скользящих от нас мы не должны видеть, они спрятались за видимыми). Цилиндрики же это вихри, катящиеся по потоку (и в случае скользящих вихрей, и в случае катящихся по потоку вихрей мы должны видеть кружки, но чтобы их различать на рисунке условно принято, что катящиеся вихри изображены цилиндриками). Только за счёт вихрей, катящихся по потоку, в течении Пуазейля рис 4 скорость потока увеличивается к центру и появляется завихрённость.

Совпадение же желаний вихрей с их возможностями реализуется на наклонной поверхности.

Изображение

На верхний слой цилиндриков на склоне действует сила атмосферного давления, увеличивающая скорость движения верхних цилиндриков из слоёного пирога рис 5. По поверхности склона действует сила трения. Под действием момента сил на склоне создаётся последовательность вихрей Тейлора уже не скользящих, а катящихся по поверхности. Таким образом созданная на склоне последовательность вихрей без потерь энегии будет катиться поднимаясь в гору, что и реализовалось в Бащелакских озёрах на Алтае,

Изображение

после которых вихри катятся в гору порядка 7 или 8 км. При этом задний вихрь давит на передний. Действующей силе по горизонтали по правилу прецессии противодействует перпендикулярная сила, направленная по касательной, что и позволяет вихрям подниматься в гору компенсируя потери энергии.

Но эту ситуацию мы можем рассмотреть и под другим углом зрения с позиций вихрей рис 5.

Изображение

Но в этом случае условимся считать кружок вихрем Тейлора, катящимся по потоку. А цилиндриком вихрь двигающийся перпендикулярно потоку (что показано стрелкой внутри цилиндрика). При этом тот же момент сил усиливает вихри, катящиеся по потоку, и ведёт к исчезновению вихрей, скользящих перпендикулярно потоку.

Последовательность вихрей Тейлора (солитонов) конечно же не равноценна движению одиночного солитона. При движении баржи по Эдинбургскому каналу у Джона Скотта Рассела под баржей возникал пограничный слой по типу рис 5. При увеличении скорости движения баржи пограничный слой достигал дна канала и возникала ситуация равноценная ситуации на наклонной поверхности рис 7. Баржа практически остановилась. Но вода пришла в бешеное вращение, образовала одиночный округлый холм и он двинулся по каналу.

Изображение

Но мы уже знаем, что преобразование вихревого хаоса перед солитоном в упорядоченное вихревое движение сопровождается потерями энергии. Поэтому Рассел через одну или две мили и потерял холм в изгибах канала. Т.е. если последовательность солитонов Бащелакских озёр сама себя поддерживает, то одиночный солитон обречён на исчезновение. Одиночным солитоном является и цунами, которое и без изгибов канала теряет энергию на тысячах км своего пути.

Наклонную поверхность рис 7 мы можем свернуть в конфузор. В этом случае суживающийся канал формирует пограничный слой, занимающий всё его сечение. Если в цилиндрическом канале сила трения на стенках действует против течения, то в суживающемся канале возникает компонента силы трения, направленная к центру. Эта компонента силы действует по радиусу, а т. к. она действует на вихревые объекты, то противодействующая сила должна действовать в перпендикулярном направлении, увеличивая энергию вихрей, двигающихся по потоку и уменьшая энергию вихрей, двигающихся перпендикулярно потоку. И при каком-то давлении останутся только вихри, двигающиеся в направлении течения, которые могут быть только вихрями Бенара. Поэтому сопло Лаваля

Изображение

и формирует в конфузоре вихри Бенара.

https://bvs1940.wixsite.com/mysite/chto ... -solitonov
Поделиться:

Ответить    ПОМОЩЬ по форуму!