• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Физики из ВШЭ рассказали, как управлять вихрями в двумерной турбулентности

Физики из ВШЭ рассказали, как управлять вихрями в двумерной турбулентности

© iStock

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. 

Численный эксперимент: a) система с внешним крутящим моментом, в центре формируется устойчивый крупный вихрь; b–d) поведение системы без подкрутки в различные моменты времени. Вихрь в центре может спонтанно разрушаться и изменять направление вращения
© Phys. Fluids 37, 095127 (2025); doi: 10. 1063/5. 0288507

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:

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.

Грантовый акселератор: от научной идеи до победы в РНФ

В начале апреля в НИУ ВШЭ прошел интенсив для молодых исследователей университета, планирующих участвовать в конкурсах Российского научного фонда. За день участники услышали от представителей РНФ о приоритетах Фонда, разобрали типичные ошибки в заявках и под руководством опытных грантополучателей проработали архитектуру собственных проектов. Итогом стала готовая основа заявки, которую коллеги смогут доработать и подать на ближайший конкурс.

НИУ ВШЭ представил результаты исследований на конференции по ИИ в Омане

В апреле 2026 года в Университете Низвы (Султанат Оман) состоялась Международная конференция по интеллектуальным системам и приложениям искусственного интеллекта (ISAA 2026). Высшая школа экономики выступила соорганизатором мероприятия совместно с Университетом Низвы и Университетом технологий и прикладных наук Ибри. Ученые НИУ ВШЭ также вошли в число ключевых спикеров конференции.

Роботы, хакатон и соревнования: в Вышке прошел фестиваль робототехники

IV Фестиваль робототехники факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ объединил школьников, студентов и ведущих разработчиков — всего более 800 участников. В течение трех дней на площадке университета проходили соревнования, лекции и демонстрации технологий. Впервые состоялся хакатон по программированию роборуки и презентация антропоморфного робота.

Почему искусственный интеллект не способен поработить человечество

1 апреля на факультете математики НИУ ВШЭ встретили российского ученого, преподавателя и специалиста по информационной безопасности Андрея Масаловича, известного как КиберДед. Он представил студентам Вышки свои «Двадцать вопросов искусственному интеллекту» и поделился ответами, раскрывающими суть проблем в сфере развития ИИ, а также рассказал, почему тот никогда не сможет захватить человечество.

Тест «КардиоЖизнь» Вышки — в числе победителей премии Data Fusion Awards 2026

Разработка ученых Центра биомедицинских исследований и технологий Института ИИ и цифровых наук ФКН ВШЭ — генетический тест «КардиоЖизнь» — одержала победу в Общероссийской кросс-отраслевой премии в области технологий работы с данными и ИИ Data Fusion Awards. Проект занял первое место в номинации «Партнерство науки и бизнеса», показав успешную модель трансфера технологий из университетской науки в реальный сектор здравоохранения.