Где в жизни помогает турбулентность

Турбулентность распространена в природе, её можно встретить в различных географических (воздушных) и океанических (водных) потоках. Турбулентность характеризуется случайными колебаниями в таких переменных, как скорость и давление.  

Она важна для инженеров, так как возникает в потоках, создаваемых лопастями турбин, двигателями, закрылками и другими элементами техники. В большинстве случаев турбулентность создаёт осложнения и проблемы в эксплуатации техники, поэтому её стараются минимизировать.

Но ведь каждое дарованное природой явление можно использовать во благо. И кто знает, какие возможности скрывает турбулентность и в каких ещё областях её возможно применить, как чудесное творение природы? 

Ученый - физик Ричард Фейнман назвал турбулентность “наиболее важной нерешенной проблемой классической физики”. 

Что в турбулентности может привлечь:

1. Улучшение смешивания огнетушащих веществ:

Турбулентность способствует более равномерному распределению огнетушащих веществ (воды, пены, порошка) в зоне пожара. Это увеличивает эффективность подавления пламени, так как огнетушащие агенты быстрее достигают очага возгорания. Например, при использовании водяных струй турбулентность помогает разбивать капли воды на более мелкие, что увеличивает площадь контакта с огнём и ускоряет охлаждение.

2. Ускорение теплообмена:

Турбулентные потоки усиливают теплообмен между горячими газами и окружающей средой. Это помогает снизить температуру в зоне пожара, что замедляет распространение огня. Турбулентность также способствует удалению горячих газов и дыма из зоны горения, что улучшает видимость и облегчает работу пожарных.

3. Разрушение структуры пламени:

Турбулентные потоки могут нарушать стабильность пламени, разбивая его на более мелкие очаги. Это снижает интенсивность горения и облегчает тушение. В некоторых случаях турбулентность может привести к затруднению распространения пламени, особенно если огнетушащие вещества эффективно распыляются.

4. Улучшение вентиляции: 

В закрытых помещениях турбулентность помогает организовать контролируемую вентиляцию, что снижает концентрацию дыма  и токсичных газов. Это важно для безопасности пожарных и эвакуации людей.

5. Использование в технологиях пожаротушения: 

Современные системы пожаротушения, такие как аэрозольные генераторы (рисунок 1), используют турбулентность для более эффективного распределения огнетушащих веществ. В авиационном пожаротушении турбулентность, создаваемая воздушными потоками от двигателей, помогает рассеивать огнетушащие порошки или жидкости.

Рисунок 1 Аэрозольный генератор. Фотография из открытых источников

6. Турбулентные потоки могут принести пользу и в быту, например, при обработке садовых растений (рисунок 2), и в непредвиденных ситуациях, когда требуется дезинфекция техники и зданий (рисунок 3).

Рисунок 2 Техника, используемая для распыления жидких пестицидов. Фотография из открытых источников

Рисунок 3 Специальные машины для массовой дезинфекции. Фотография из открытых источников

7. При боевых действиях турбулентность может помочь в тактической маскировке оружия и боевых машин, выступая как средство снижения заметности войск и вооружения (рисунок 4).

Рисунок 4 Неуловимая «дымовуха»: новейшая спецтехника. Фотография из открытых источников

Ограничения турбулентности:

В некоторых случаях турбулентность может усугубить ситуацию, например, усилить приток кислорода к очагу пожара, что приведёт к увеличению интенсивности горения. В лесных пожарах турбулентность, вызванная ветром, может способствовать быстрому распространению огня.

Таким образом, турбулентность может быть как полезной, так и опасной, в зависимости от условий пожара и способа её использования. В профессиональном пожаротушении важно учитывать эти факторы для эффективного управления процессом.

Например, коллектив ученых механико-математического факультета Томского госуниверситета исследует атмосферную турбулентность для раннего обнаружения природных пожаров. Главная их цель – научиться оперативно и точно определять масштаб атмосферной турбулентности и формировать на основании этого план действий по предотвращению и локализации очага возгорания.

Использование турбулентности системах обеспечения пожарной безопасности может быть полезным для улучшения характеристик пожаротушения, таких как дальность подачи воды или пены, а также для более эффективного смешивания воды с огнетушащими добавками. Для достижения оптимальных результатов важно учитывать конструкцию пожарных стволов, давление воды и характеристики огнетушащего вещества. Турбулентность должна быть тщательно рассчитана, чтобы не вызывать излишних потерь энергии или нестабильности потока.