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Die Strömungsmechanik untersucht, wie sich Flüssigkeiten und Gase bewegen und auf Kräfte reagieren, von den sanften Wellen eines Flusses bis zu den komplexen Turbulenzen in der Atmosphäre. Auf Gist.Science haben wir diesen Bereich unter „Physics — Flu-Dyn" zusammengefasst, um die faszinierenden Mechanismen unserer dynamischen Umwelt verständlich zu machen.
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Im Folgenden finden Sie die aktuellsten Beiträge aus diesem spannenden Bereich der Physik, die Sie direkt zu den neuesten Erkenntnissen führen.
Die Studie zeigt, dass in viskoelastischen Scherströmungen die Richtung der Querkraft auf ein Partikel davon abhängt, ob es durch eine Kraft tragende oder kraftfreie Mechanik angetrieben wird, wobei diese entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen, während der Strömungswiderstand bei Antrieb in Gradientenrichtung für beide Mechanismen gleich bleibt.
Diese Arbeit stellt ein helizitätsbewahrendes, domain-dekomponiertes physik-informiertes neuronales Netzwerk vor, das durch die direkte Berechnung der Wirbelstärke mittels automatischer Differentiation sowie durch eine überlappende räumliche Zerlegung und kausale zeitliche Fortsetzung eine stabile und physikalisch konsistente Simulation inkompressibler nicht-newtonscher Strömungen ermöglicht.
Die Studie zeigt, dass unterschiedliche Quellen von Unordnung in porösen Medien zu qualitativ verschiedenen Kanalisierungsübergängen führen, wobei Störungen der Erosionsbeständigkeit einen diskontinuierlichen Übergang bewirken, während bereits minimale Anfangsfluktuationen der Porosität eine generische Destabilisierung und persistente Kanalisierung auslösen.
Diese Studie untersucht die Ausbreitungsdynamik von Methan-Tulpenflammen in einem quadratischen Kanal bei reduziertem Druck mittels zeitlich synchronisierter, mehrdimensionaler PLIF-Messungen, um detaillierte 3D-Daten zu Temperatur und OH-Konzentration zu gewinnen und so die Modellierung von Flammen in beengten Räumen zu verbessern.
Diese Studie beschreibt experimentelle Beobachtungen selbstorganisierter, rotierender Flammen in einem kreisförmigen Hele-Shaw-Brenner, die durch ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Flammengeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit stabilisiert werden und einen Übergang von einzelnen zu multiplen Flammenköpfen sowie zu stationären Ringflammen aufweisen, wobei die kritische Masseströmung für diesen Übergang unabhängig von Äquivalenzverhältnis, Spaltbreite und Brennstofftyp ist.
Diese Studie zeigt, dass die Soret-Diffusion die intrinsische Instabilität von Wasserstoff-Luft-Flammen signifikant beeinflusst, indem sie im linearen Regime das Störungswachstum bei bestimmten Äquivalenzverhältnissen verstärkt und im nichtlinearen Regime die Bildung kleiner Falten beschleunigt sowie die charakteristische Größe großer Fingerstrukturen reduziert, was trotz lokaler Geschwindigkeitssteigerungen zu einer Verringerung der globalen Brennstoffverbrauchsrate führt.
Die Arbeit leitet asymptotische Modelle für die ultimativen Regime der horizontalen und rein intern beheizten Konvektion ab, die auf turbulenten Grenzschichtbeziehungen und exakten Dissipationsbilanzen basieren und zeigen, dass sich die Skalierungsexponenten aufgrund fehlender zusätzlicher Antwortfaktoren im kinetischen Energiegleichgewicht von denen der Rayleigh-Bénard-Konvektion unterscheiden.
Die Studie entwickelt eine hydro-elastische Theorie, die zeigt, dass schlanke, flexible Schwimmkörper in Schwerkraftwellen aufgrund eines welleninduzierten mittleren Giermoments eine bevorzugte Orientierung einnehmen, die von ihrer Steifigkeit, Länge und Dichte abhängt.
Diese Studie zeigt, dass die axiale Kraft von Flüssigkeitsbrücken aus viskoelastischen Polymerlösungen bei quasistatischer Dehnung primär durch Kapillarkräfte bestimmt wird, während bei höheren Dehnraten die maximale Kraft durch viskose Dissipation steigt und der Bruch durch die Bildung eines viskoelastischen Fadens verzögert wird, wobei sich die Ergebnisse durch dimensionslose Kennzahlen wie die Kapillar- und Weissenberg-Zahl skalieren lassen.
Diese Arbeit klärt die physikalische Bedeutung und die oft missverständliche Interpretation der Deborah- und Weissenberg-Zahlen, indem sie durch analytische und numerische Analysen ihre jeweiligen Rollen bei der Charakterisierung des Wettbewerbs zwischen elastischen und viskosen Effekten in viskoelastischen Strömungen präzisiert.