Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Номер договора
075-15-2019-1893
075-15-2022-1099
Период реализации проекта
2019-2023
Приглашенный ученый
с августа 2023 Подивилов Евгений Вадимович Россия
2019 - 2023 Фалькович Григорий Евсеевич Россия, Израиль
Заведующий лабораторией

По данным на 01.12.2023

28
Количество специалистов
33
научных публикаций
5
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Современная гидродинамика – универсальный подход к описанию огромного множества макроскопических явлений, повсеместно встречающихся в природе и технике. Ученые лаборатории работают в рамках этой научной области над созданием теоретической основы вязкой электроники - перспективной технологии будущего. 

Название проекта: Турбулентность, когерентные течения и вязкая электроника

Направления исследований: физика конденсированного состояния

Цели и задачи

Цель проекта:

Создание лаборатории современной гидродинамики для проведения новаторских исследований как по статистике хаотических гидродинамических течений и возникающим из хаоса когерентным структурам, так и по микро-флюидике в связи с возникающей вязкой электроникой

Практическое значение исследования

Научные результаты:

  1. Проведено аналитическое и численное моделирование цепочки взаимодействующих мод в двух моделях турбулентности: генерации второй гармоники в парах и резонансного взаимодействия триплетов. Аналитически выведены и численно подтверждены спектры и кумулянты для прямых и обратных каскадов в обеих моделях в предельном случае уравновешенных (двухкаскадных) цепочек. Определены амплитуды и зависимости от номера моды для цепочки неприводимых корреляторов (кумулянтов) инвариантных относительно калибровочной симметрии в этих двух моделях турбулентности. Обнаружена автомодельность функции распределения в предельном случае уравновешенных (двухкаскадных) цепочек.
  2. Показано, что взаимная информация между волнами стационарна и мала в равновесии, а в слабой турбулентности растет линейно со временем. Рост происходит за счёт концентрации вероятности на резонансных поверхностях. Вывод: для сколь угодно слабого взаимодействия и близости статистики одной моды к гауссовой, стационарное распределение в полном фазовом пространстве всех волн очень далеко от гауссового, что находит свое выражение в аномально большой относительной энтропии.
  3. В эксперименте было установлено, что при достаточно низкой скорости вращения жидкости в турбулентном течении формируется крупный геострофический вихрь-антициклон, устойчивый во времени, который подпитывается мелкими турбулентными пульсациями. По мере увеличения скорости вращения антициклон разрушается, а вместо него объём заполняют долгоживущие циклоны, количество которых увеличивается от 3-х до 20-ти. Аналитически установлены характерные особенности поглощения инерционных волн геострофическими вихрями и свойства самих таких вихрей. Проведено сравнение аналитических результатов и экспериментальных данных. Отмечено, что математическое описание поглощения инерционных волн геострофическими вихрями практически идентично описанию поглощения и отражения внутренних волн в стратифицированной жидкости горизонтальным течением, имеющим вертикальный сдвиг. Эта близость математического описания позволяет сопоставить данные нашего эксперимента и динамику течений в океанах.
  4. Очевидными физическими приложениями двумерной постановки задачи о течении несжимаемой жидкости являются турбулентные состояния мыльных пленок и тонких слоев различных жидкостей. Самой важной ситуацией, где двумерная картина служит хорошим приближением, является крупномасштабная атмосферная турбулентность. Размеры циклонов и антициклонов, как правило, много больше толщины атмосферы. Устройство этих вихрей удалось описать аналитически.  Глубоким и тонким моментом построенной теории является осознание роли диссипативных механизмов: вязкость, хоть и мала и не входит в конечные выражения для профиля скорости и завихренности, принципиально необходима для формирования когерентных структур.
  5. Длительные наблюдения за динамическими явлениями на свободной поверхности слоя He-I глубиной порядка нескольких сантиметров в широком интервале температур выше Tλ позволили впервые в одном эксперименте изучать возбуждение, эволюцию и затухание вихревых течений на поверхности слоя «глубокой» и «мелкой воды».
  6. Представлена полная система нелинейных динамических уравнений для нематических и смектических A жидких кристаллов, находящихся под действием переменного электрического поля. 

Образование и переподготовка кадров:

  1. Разработан и внедрён в аспирантуре ИТФ им. Л.Д. Ландау РАН годовой курс лекций “Статистическая нелинейная гидродинамика.”
  2. Проведена 5-ти месячная стажировка 2х аспирантов в Научном институте им. Вейцмана.
  3. В 2021 году прошли две защиты кандидатских диссертаций сотрудников лаборатории.
  4. Защищены 3 диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.
  5. Защищены 2 магистерские диссертации, авторы приняты в аспирантуру.

Сотрудничество:

  • Институт физики твёрдого тела РАН (лаборатория квантовых кристаллов).
  • Институт автоматизации проектирования РАН (Светлана Владимировна Фортова): совместное исследование и публикация по теме: “Численное моделирование турбулентного течения с сильной когерентной компонентой в ячейке с жёсткими границами”.
  • Институт Вейцмана (Израиль) совместное исследование и публикации по теме «Экспериментальное исследование течений полимерных растворов».
  • Hull University, (UK): совместное экспериментальное исследование статистических свойств прямого каскада капиллярных волн и возбуждения крупномасштабных движений.

Скрыть Показать полностью
Shavit, M., Vladimirova, N., & Falkovich, G.
(2022). Emerging scale invariance in a model of turbulence of vortices and waves. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 380(2218), 20210080.
Shavit, M., & Falkovich, G.
(2020). Singular measures and information capacity of turbulent cascades. Physical Review Letters, 125(10), 104501.
Tumachev, D. D., Filatov, S. V., Vergeles, S. S., & Levchenko, A. A.
(2023). Two Dynamical Regimes of Coherent Columnar Vortices in a Rotating Fluid. JETP Letters, 118(6), 426-432.
Kolokolov, I. V., & Lebedev, V. V.
(2020). Coherent vortex in two-dimensional turbulence: Interplay of viscosity and bottom friction. Physical Review E, 102(2), 023108.
Pelmenev, A., Levchenko, A., & Mezhov-Deglin, L.
(2021). Vortex Flow on the Surface Generated by the Onset of a Buoyancy-Induced Non-Boussinesq Convection in the Bulk of a Normal Liquid Helium. Materials, 14(24), 7514.
Пикина, Е. С., Муратов, А. Р., Кац, Е. И., & Лебедев, В. В.
(2023). Нелинейная электро-гидродинамика жидких кристаллов. Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики, 164(1), 129-142.
Патент на изобретение № 2798870 «Электромагнитный двигатель переменного тока с плавным ходом на низких оборотах».
Авторы: Селин Петр Геннадьевич, Ремизов Игорь Андреевич, Межов-Деглин Леонид Павлович. 26.12.2022.
Патент на изобретение № 2783476 «Высоковольтный программируемый стабилизатор напряжения постоянного тока с изменяемой полярностью».
Авторы: Межов-Деглин Леонид Павлович, Ремизов Игорь Андреевич, Султанова Мадина Рафаиловна. 27.12.2021.
Патент на изобретение № 2754201 «Устройство для измерения малых токов инжектированных зарядов в конденсированных средах».
Авторы: Ремизов Игорь Андреевич, Межов-Деглин Леонид Павлович, Султанова Мадина Рафаиловна. 30.08.2021.
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий (10)

Московский физико-технический институт (НИУ) - (МФТИ)

Физика

Долгопрудный

Голубов Александр Авраамович

Нидерланды

2024-2028

Лаборатория кристаллофотоники

Санкт-Петербургский государственный университет - (СПбГУ)

Физика

Санкт-Петербург

Стомпос Константинос

Греция

2022-2024

Лаборатория детекторов синхротронного излучения

Томский государственный университет (НИУ) - (ТГУ)

Физика

Томск

Шехтман Лев Исаевич

Россия

2022-2024