Pesquisadores do Instituto de Ciência Weizmann, a Universidade de Roma, O CNRS e a Universidade de Helsinque realizaram recentemente um estudo investigando a diferença entre turbulência anisotrópica 3-D em fluidos clássicos e superfluidos, como o hélio. Suas descobertas, publicado em Cartas de revisão física ( PRL ), são apoiados por teoria e evidência experimental.

“A presente pesquisa foi iniciada por nosso grupo do Instituto Weizmann, Israel, composta por Victor L'vov, Itamar Procaccia e Anna Pomyalov, que estavam tentando entender novas observações experimentais pelos grupos do Prof. Wei Guo da Florida State University, Tallahassee e Prof. Ladislav Skrbek da Charles University, em Praga, “Itamar Procaccia, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Nosso objetivo principal foi entender uma aparente diferença surpreendente em como a energia se distribui entre redemoinhos turbulentos de diferentes escalas em fluidos viscosos clássicos como ar e água e superfluidos como hélio em baixas temperaturas."

Todos os fluxos turbulentos, tanto na natureza quanto em ambientes de laboratório, são anisotrópicos em escalas de injeção de energia, o que significa que a energia se distribui de maneira diferente entre seus redemoinhos turbulentos. Estudos anteriores mostraram que o modelo de turbulência homogênea e isotrópica (HIT) é particularmente eficaz para prever as propriedades estatísticas da turbulência em escalas muito menores do que escalas de agitação, ainda maior do que escalas dissipativas.

Em fluidos clássicos, A turbulência anisotrópica 3-D tende à isotropia e homogeneidade com escalas decrescentes, portanto, é eventualmente possível aplicar o modelo HIT a eles. Em seu estudo, Contudo, Procaccia e seus colegas demonstraram que o oposto é verdadeiro para o superfluido ⁴ Ele turbulência na geometria do canal de contrafluxo 3-D, que se torna menos isotrópico conforme as escalas diminuem, a ponto de se tornar quase bidimensional.

A abordagem usada por eles envolve um chamado 'modelo de dois fluidos' de hélio superfluido. Este modelo é baseado no trabalho inicial de Laszlo Tisza e Lev Landau em 1940-1941, que mais tarde foi melhorado por H. Hall, W.F. Vinen, I.M. Khalatnikov, e I.L Bekarevich.

"O modelo descreve o hélio superfluido como uma mistura interpenetrante de dois fluidos:um superfluido que se move sem atrito, e um fluido viscoso normal que é acoplado por um atrito mútuo, "Procaccia explicou.

Estudos anteriores realizados por duas equipes de pesquisadores em Tallahasse, Flórida e Praga examinaram o hélio superfluido sob um gradiente de temperatura, criando o que é conhecido como 'contrafluxo'. Como sugerido por seu nome, em contrafluxo diferentes componentes de um fluxo de fluido em direções opostas; o superfluido flui do lado frio para o quente e o fluido normal do lado quente para o frio.

"Nosso modelo racionalizou algumas dessas observações experimentais e previu novos recursos que foram posteriormente confirmados experimentalmente, "Procaccia explicou." O principal resultado do nosso estudo é que, ao contrário dos fluxos turbulentos clássicos, que se tornam cada vez mais isotrópicos em escalas menores, o fluxo que examinamos torna-se cada vez menos isotrópico à medida que as escamas reduzem. "

Antes de realizarem seu estudo, Procaccia e seus colegas previram teoricamente que seus experimentos levariam às observações que coletaram posteriormente. Contudo, a força do efeito que observaram só ficou clara depois que realizaram simulações numéricas diretas em um supercomputador da UE, em colaboração com uma equipe de pesquisadores liderada por Luca Biferale. De acordo com Procaccia, suas descobertas teóricas e numéricas já motivaram outros grupos experimentais a buscar mais pesquisas sobre turbulência contra-fluxo.

"No Instituto Weizmann, agora estamos desenvolvendo ainda mais nossa teoria, estar atento às novas técnicas experimentais que possibilitam estudos elaborados de turbulência em hélio superfluido, "Procaccia disse." Nosso grupo continua a participar na análise de novos dados experimentais, na esperança de contribuir para uma compreensão mais profunda dos fluxos de superfluidos, desde experimentos de laboratório até a realização cosmológica, como estrelas de nêutrons. "

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