Считалось, что, как только поток становится турбулентным, это состояние сохраняется. Исследователи из Научно-технологического института Австрии показали ошибочность мнения. В своих экспериментах они дестабилизировали турбулентность, вернув поток в ламинарное состояние и снизив таким образом на 95% количество энергии, необходимое для прокачки жидкости по трубе.

Команда исследователей, включающая профессора Бьорна Хофа, первых авторов Якоба Кюнена и Баофанга Сонга, представила свою работу в журнале Nature Physics.

Трубопроводы используются для транспортировки широкого ассортимента жидкостей. Энергия, необходимая для их перекачки, составляет около 10% от мирового потребления электричества. Ученые разных стран ищут способы уменьшить эту статью расходов. Значительную часть энергопотерь вызывает турбулентность. Предыдущие попытки сосредотачивались на локальном уменьшении ее уровня. Теперь же группа Хофа подошла к вопросу с другой стороны. Вместо того, чтобы временно ослабить турбулентность, они решили дестабилизировать существующий поток, автоматически превращая его в ламинарный. В этом случае жидкость течет параллельными слоями, которые не смешиваются.

Большинство встречающихся в природе и технике потоков – турбулентные. Теоретически, они могут сосуществовать с ламинарными течениями и быть стабильными. Но любое мелкое нарушение равновесия провоцирует турбулентность. Команда Хофа доказала, что поток можно вернуть в ламинарное состояние и сохранить таким до нового воздействия.

«Доказательство работоспособности концепции открывает новые возможности для разработки приложений для трубопроводов», — объяснил Кюнен.

Секрет успеха в эпюре распределения скоростей. Быстрее всего поток движется в центре трубы. У стенок течение медленнее. Ставя роторы в поток для уменьшения разницы между этими точками, ученым удалось добиться «плоского» профиля. Поток при этом становится ламинарным и остается таким до выхода из трубы. Получить плоскую эпюру удалось также за счет впрыскивания жидкости от стенок и внедрения движущегося элемента в ветку трубопровода.

Группа уже оформила 2 патента на свое открытие. Но технология еще не скоро будет внедрена в промышленные трубопроводы. Пока что работоспособность концепции доказана только для сравнительно небольших скоростей. Хотя в компьютерных симуляциях поток оставался ламинарным при различных условиях.