Физики из ВШЭ рассказали, как управлять вихрями в двумерной турбулентности

Как поведение турбулентных потоков меняется под действием внешнего воздействия, выяснили исследователи Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау РАН и факультета физики НИУ ВШЭ. Они показали, что даже небольшое подкручивание извне может стабилизировать систему, продлевая жизнь крупных вихрей. Такие результаты помогут точнее моделировать атмосферные и океанические потоки. Работа опубликована в журнале Physics of Fluids.
Турбулентность — кажущееся беспорядочным движение воды и воздуха, которое возникает, когда потоки вещества начинают двигаться с очень высокой скоростью. В состоянии турбулентности потоки жидкости постоянно перемешиваются, ломаются, вихри распадаются на маленькие, иногда исчезают или, наоборот, собираются в крупные.
Хотя ученые знают условия возникновения турбулентных потоков, для описания их поведения и эволюции приходится использовать сложные математические модели со множеством параметров. Чтобы понять поведение реальных систем, например атмосферы и океанов Земли, исследователи моделируют динамику турбулентности в упрощенном виде — изучают ее на плоскости вместо объема.
Законы турбулентности в трехмерных и двумерных системах кардинально различаются. В трехмерных турбулентных системах энергия движется по прямому каскаду: большие потоки склонны распадаться на маленькие, энергия которых после выделяется в виде тепла. В плоских системах турбулентность проявляется иначе. Двумерная конфигурация заставляет энергию перемещаться по обратному каскаду: мелкие вихри стремятся объединяться в крупные.
Научный сотрудник ИТФ имени Л.Д. Ландау РАН и Международной лаборатории физики конденсированного состояния НИУ ВШЭ Владимир Парфеньев и студентка магистратуры факультета физики НИУ ВШЭ Алиса Шиканиан смоделировали поведение турбулентных вихрей на плоскости. Они изучили динамику жидкости в квадратной ячейке.
Ученые рассмотрели случай, в котором к двумерной системе прикладывают постоянный внешний крутящий момент, как будто потоки дополнительно закручивают извне. Оказалось, что добавление совсем небольшого внешнего подкручивания способно увеличить время жизни крупных вихрей и стабилизировать поведение системы.

Математическое моделирование позволило определить, как толщина пограничного слоя у стенок, где происходит рассеяние энергии, зависит от параметров изучаемой системы. Скорость жидкости у границ в проведенном моделировании вела себя так же, как в лабораторных экспериментах с мыльными пленками других исследовательских групп: увеличивалась при удалении от стенок по закономерностям одного типа. При этом в системе образовывались крупные вихри, обратный каскад энергии не останавливался и доходил до размеров системы.
Владимир Парфеньев
«Самый важный для нас результат — точное понимание того факта, что трения жидкости только о стенки недостаточно для остановки обратного каскада энергии в двумерной системе, вихри жидкости всегда будут стремиться собраться в крупные структуры. Так или иначе энергия в системе накапливается на крупных масштабах — именно так из хаоса образуется порядок», — рассказал Владимир Парфеньев.
Полученные учеными результаты расширяют понимание процессов, управляющих формированием крупномасштабных структур в двумерной турбулентности, и создают прочный фундамент для будущих исследований в этой области. Занимающиеся науками о Земле ученые смогут использовать результаты работы для уточнения прогностических моделей океанических и атмосферных течений.
Работа была выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект 23-72-30006.
Вам также может быть интересно:
Технодень МИЭМ на Покровке: совместно исследуем инженерный код Вышки
26 мая в центральном атриуме корпуса на Покровском бульваре, 11, пройдет традиционный масштабный фестиваль инженерных разработок проектных команд Московского института электроники и математики (МИЭМ) ВШЭ. В программе — презентации лучших студенческих технологических проектов, стенды дружественных компаний и совместных мастерских, лекторий с участием практикующих инженеров, круглый стол о развитии инженерного образования и представление магистерских программ МИЭМ.
ФКН ВШЭ расширяет линейку образовательных программ по ИИ для руководителей
Центр непрерывного образования факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ (ЦНО ФКН ВШЭ) развивает уникальную линейку образовательных продуктов для топ-менеджмента, где передовая компьютерная наука соединяется с реальными задачами бизнеса. Цель этого направления — помогать развивать бизнес в России через внедрение технологий искусственного интеллекта.
В Вышке прошла XXX юбилейная научно-техническая конференция имени Е.В. Арменского
Организатором научного события выступает Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова ВШЭ. В этом году главный инженерный студенческий форум проходил 30-й раз и собрал рекордное число участников. Студенты, аспиранты и молодые специалисты из 50 вузов и организаций России представили научно-исследовательские доклады в ИТ-области. Отдельная секция была посвящена научно-исследовательским работам школьников.
Студенты Вышки — среди победителей акселератора высокотехнологичных стартапов от «Яндекса»
«Яндекс» подвел итоги акселератора Yandex AI Startup Lab, в финальный раунд которого вышли 12 ИТ-проектов. Их создатели, студенты и молодые предприниматели, вместе с экспертами компании три месяца работали над развитием своих продуктов. Четыре стартапа в сферах цифрового маркетинга, медицины и робототехники признаны лучшими: их команды получили денежные призы и гранты на облачные ресурсы. В их числе и стартап Gradius от студентов НИУ ВШЭ .
Физики ВШЭ и ФИАН научились «фотографировать» звук, чтобы тестировать материалы для связи 6G
Ученые НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН разработали метод, который позволяет быстро оценить, насколько прочно пленка сцеплена с подложкой. Это важно для создания сверхвысокочастотных акустических фильтров — ключевых элементов связи нового поколения 5G и 6G. Возможность измерить поперечную жесткость сцепления между пленкой из двумерного материала и подложкой таким способом получена впервые. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Physics Letters.
AI AWARDS 2026: аналитическую основу премии формирует iFORA НИУ ВШЭ
Высшая школа экономики вошла в число партнеров премии AI AWARDS 2026, которая пройдет 29 апреля в Москве. Проект, реализуемый командой «Билайн Big Data & AI», посвящен практическому применению искусственного интеллекта и объединяет компании, технологии и команды, которые уже сегодня влияют на развитие новой цифровой экономики. Вклад номинантов AI AWARDS в развитие ИИ анализируется на основе данных, поэтому качество аналитической базы и прозрачность методологии становятся для рынка принципиально важными.
НИУ ВШЭ и Альфа-Банк запускают исследовательские проекты в сфере искусственного интеллекта
НИУ ВШЭ и Альфа-Банк объявили о старте трех совместных проектов в области искусственного интеллекта. Они направлены на развитие аналитических инструментов для банковских сервисов — от более точных прогнозов до новых подходов к управлению рисками и персонализации клиентского опыта.
Участники «Я — профессионал» разработают ИИ-агентов для бизнеса на Весенней экономической школе Вышки и Сбера
На площадке СберУниверситета стартовала Весенняя экономическая школа, организованная Высшей школой экономики и Сбером для участников Всероссийской олимпиады студентов «Я — профессионал» Президентской платформы «Россия — страна возможностей». С 22 по 24 апреля студенты будут работать над созданием ИИ-агента для бизнеса — от идеи и научной гипотезы до прототипа, готового к защите перед экспертами.
Уже не выбор, а реальность: трансформация мира под влиянием ИИ
Искусственный интеллект уже не воспринимается как технология будущего: он стремительно меняет процессы принятия решений, рынок труда и социальные практики. Вместе с тем он несет с собой не только новые грандиозные возможности, но и системные риски, связанные с ростом зависимости от данных, трансформацией профессий и изменением человеческого поведения. В НИУ ВШЭ создали семантическую карту разломов, которая показала ключевые тренды в развитии технологий.
НИУ ВШЭ и ДИТ Москвы подписали соглашение о развитии сети 5G и 6G
Департамент информационных технологий города Москвы и Высшая школа экономики подписали соглашение о сотрудничестве в области инновационного развития ИТ-инфраструктуры столицы. Стороны договорились о совместных исследованиях в области современных и перспективных технологий связи, включая 5G и 6G, а также ИИ, интернета вещей и других технологий умного города.


