اكتشف باحثو التخنيون عدم الاستقرار الهيدروديناميكي الخفي

بعد أكثر من مائتي عام من اكتشاف تأثير كواندا: قدم الباحثون في التخنيون أول ملاحظة تجريبية للأعاصير الصغيرة في تيار هوائي. لاكتشاف تطبيقات مهمة في أجهزة التهوية وأجهزة التدفق الدقيق والطائرات الصغيرة

يقدم باحثو التخنيون أول ملاحظة تجريبية لعدم الاستقرار في تأثير كواندا - وهي ظاهرة فيزيائية مهمة مرتبطة بالتيارات النفاثة - واكتشافات جديدة حول سلوك هذه التدفقات. الباحثون، طالب الدكتوراه ليف دوناييفيتش والبروفيسور ديفيد جرينبلات من كلية الهندسة الميكانيكية، يعرضون الإنجاز في مقال مميز في المجلة فيزياء السوائل. ووفقًا لهم، نظرًا لأن الظاهرة مرتبطة بتدفق الهواء، فقد يساعد البحث في تحسين أجهزة التهوية مثل تلك المطلوبة في علاج مرضى كوفيد-19 وكذلك في العديد من المجالات الأخرى بما في ذلك الطائرات الصغيرة والأجهزة الصغيرة لخلط السوائل. وأنظمة تبريد المكونات الإلكترونية.

يظهر تأثير كواندا، الذي سمي على اسم المخترع الروماني هنري كواندا، عندما تتحرك طائرة بالقرب من سطح محدب تنحني حول السطح بدلاً من التحرك في خط مستقيم. على سبيل المثال، إذا تدفق الهواء بالقرب من الكرة، فسوف يميل الهواء إلى الالتصاق بالكرة والتحرك حول محيطها حتى نقطة معينة. على الرغم من أن التأثير المذكور تمت دراسته في التدفقات بالفعل في بداية القرن التاسع عشر، إلا أن كواندا كان أول من طبقه في سياق الديناميكية الهوائية منذ حوالي قرن من الزمان.

هناك تأثير مهم آخر في النفاثات، اكتشفه الفيزيائي البريطاني اللورد رايلي منذ أكثر من قرن من الزمان عدم الاستقرار بالطرد المركزي. معنى هذا المصطلح هو أن بعض الطائرات تتطور الأعاصير الصغيرة (الأعاصير الصغيرة) التي تتجه مساراتها للأمام في اتجاه تقدم الطائرة. وفي الثمانينات تم تحديد الشروط النظرية لوجود الظاهرة، ولكن لم يتم ملاحظة التأثير تجريبيا بعد.

لقد تغير كل هذا الآن مع البحث الذي أجراه دوناجيفيتش والبروفيسور جرينبلات. ومن خلال إطلاق طائرة مسطحة فوق جسم أسطواني، تمكن الاثنان من رسم خريطة لتلك الأعاصير الصغيرة لأول مرة. يعرضون في المقال الحالي الشروط اللازمة لوجود هذه العواصف، وهي الشروط التي تتوافق مع النظرية، ويوضحون أيضًا كيف تفقد تلك العواصف شكلها وتتفكك. إن عملية تشكل وتبدد الأعاصير الصغيرة لها آثار كبيرة على الموقع نقطة الانفصال من الطائرة من السطح.

وبحسب البروفيسور غرينبلات، فإن "اكتشاف عدم استقرار الطرد المركزي فاجأنا كثيراً، ونقدر أنه موجود أيضاً في تدفق الدم في الجسم وفي تدفق الهواء في أجهزة التنفس الصناعي". لسنوات عديدة، كان يُعتقد أن تأثير كواندا هو السبب وراء عدم قيام أجهزة التنفس الصناعي بتدوير الهواء إلى الرئتين بشكل موحد - وهي عملية تسبب ضررًا للمرضى - وأقدر أن اكتشافنا سيساعد في تحسين هذه الأجهزة من أجل فائدة لمرضى كورونا وغيرهم من المرضى."

الآن، وبدعم من مؤسسة العلوم الوطنية (ISF)، يبحث دوناجيفيتش والبروفيسور جرينبلات عن الطرق الممكنة للسيطرة على الأعاصير الصغيرة بطريقة تستغل تأثير كواندا لتحسين الأجهزة الطبية والتطبيقات الصناعية المختلفة.

لمقال في مجلة فيزياء السوائل انقر هنا