Развитие эффективных технологий механической обработки на станках и обрабатывающих центрах с цифровым программным управлением позволили при этом резко снизить затраты и существенно поднять качество и точность обработки систем генерирующих вихревые потоки , называемых вихревыми генераторами

Кроме машиностроительной базы для изготовления указанных компонентов за последнее время учёными разных стран выполнены фундаментальные и прикладные исследования , позволившие лучше и глубже познать природу вихревых потоков и вершины вихревой техники , - природу вихревых труб

Так физики создали математическую модель движения завитков. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters , ее краткое содержание можно прочитать на сайте Американского физического общества.

Для того, чтобы понять законы движения завитков, ученые решили составить математическую модель, основанную на простом эксперименте с полоской металла.

Полоска длиной 60 сантиметров и толщиной 0,1 миллиметр была предварительно свернута в катушку (спокойное состояние), а затем расправлена на поверхности (напряженное состояние).

После того, как полоску отпускали, она сворачивалась в завиток. Этот процесс исследователи записывали на видеокамеру и использовали для составления модели.

После того как авторы убедились в том, что модель с достаточной точностью воспроизводит поведение металлического завитка, они могли проводить виртуальные эксперименты с полоской неограниченной длины.

Так как каждый сегмент полоски в расправленном состоянии содержал одинаковое количество энергии, то скорость движения завитка оказалась постоянной.

Рост завитка во время скручивания оказался равноускоренным и зависел только от времени (L=kxt/3, где t время).

Считалось, что рост размера завитка при скручивании со временем должен прекратиться (он должен достичь некого естественного размера).

На самом деле завиток продолжает увеличиваться независимо от длины полоски.

Происходит это из-за того, что сила, пытающаяся сделать завиток меньше, компенсируется центробежной силой вращения (гравитацию в модели не учитывали).

Причем увеличение является самоподобным, то есть все части пружины растут пропорционально.

Объекты с формой завитка широко встречаются в природе - от курчавых волос до усиков растений. Некоторые инженеры предлагают использовать завитки, образующиеся полосками из двух разных материалов, в качестве микроскопических моторов. Работа по моделированию движения может помочь в этом инженерам.

Громадную роль в формировании условий для создания вихревых систем играют новые композитные материалы , особенно разновидности графита и его модификаций

Так немецкие химики создали новый материал, получивший название аэрографит. Отличительной особенностью нового материала является крайне низкая плотность - менее микрограмма на кубический сантиметр. Статья ученых с описанием технологии получения нового материала и некоторых его свойств появилась в журнале Advanced Materials.

Материал представляет собой сеть углеродных трубок. Для получения материала ученые сначала изготовили основу из оксида цинка по специальной технологии.

Затем эта основа была помещена в кварцевую трубку, в которой при высокой температуре на ней был выращен аэрографит. Ученые среди прочего описали зависимость свойств полученного материала от параметров, определяющих его изготовление, - например, температурного режима.

По словам авторов работы, новый материал отличается уникальными механическими и электрическими свойствами.

В частности, он может найти применение при создании микроэлектромеханических устройств, а также производстве электродов. Особенно подобный материал может быть востребован при создании инструментов, которые должны выдерживать высокое ускорение.

Новый материал получил название по аналогии с аэрогелями. Так называют материалы, структура которых напоминает гель, где жидкая фаза заменена на газообразную. Такие материалы, обладая очень низкой плотностью, могут быть при этом весьма твердыми и прочными. При этом они почти прозрачны, за что еще их называют "твердым дымом".

В ноябре 2011 года в Science вышла статья, в которой был описан способ производства сверхлегкой металлической губки. Сначала ученые создавали полимерную основу, в которой проделывалось множество цилиндрических каналов. Позже на эту основу наносился сплав из никеля и фосфора. По утверждению создателей, новый материал может служить для создания теплоизоляции, звукоизоляции, более эффективных электродов для батарей и многого другого.

Громадную роль в математической интерпретации вихревых трёхмерных систем сыграли и последние разработки математиков

Математики впервые показали изображение плоского тора - абстрактной математической фигуры, впервые предсказанной математиками Николасом Кейпером и нобелевским лауреатом Джоном Нэшем в середине прошлого века. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, ее краткое описание можно прочитать на сайте французского Национального центра научных исследований.

Плоский тор - это фигура, топологически эквивалентная квадрату. Если представить себе квадрат и соединить его верхнюю границу с нижней, мы получим что-то вроде цилиндра. Если затем соединить края цилиндра друг с другом, то получится тор - фигура, похожая на бублик. Однако, если на исходный квадрат нанести вертикальные и горизонтальные линии, то вертикальные линии в ходе преобразования сохранят свою длину, в то время как горизонтальные окажутся растянутыми. Это происходит потому, что невозможно соединить края цилиндра, не растягивая его.

Нэш и Кейпер в середине пятидесятых годов прошлого века доказали существование такого тора в трехмерном пространстве, в котором ни горизонтальные, ни вертикальные линии не будут растянуты (в четырехмерном такой тор строится довольно просто). Такую фигуру называли плоским тором. Позднее, в 70-80е годы советский математик Михаил Громов разработал метод, который мог помочь построить такую фигуру. Французским математикам удалось сделать на основе метода Громова алгоритм, который позволил получить изображение фигуры.

Алгоритм действовал следующим образом. Он начинал с обычного гладкого тора и сминал его так, чтобы вертикальные линии исходного квадрата приблизились по длине к растянутым горизонтальным. Такое "сморщивание" последовательно совершалось до тех пор, пока фигура не достигала желаемой степени подробности.

Полученная компьютерная трехмерная модель состояла из почти двух миллиардов узлов. Очертаниями она напоминала тор, хотя и имела необычные свойства. Поверхность модели была периодичной (самоподобной), и этим напоминала поверхность фракталов, но при этом, в отличие от фракталов, все равно оставалась гладкой.

Чтобы понять, что такое плоский тор, представим себе квадрат на плоскости. Будем считать, что противоположные стороны у квадрата отождествлены.

Это означает, что всякий двумерный объект на этом квадрате, заезжая за один край, выезжает из противоположного (любители классических игр помнят, что в "Астероидах" именно так летали астероиды).

Чтобы понять, что это тор, склеим два края квадрата - получим цилиндр. Теперь склеим края цилиндра и получим привычный всем бублик.

При этом, если бы склеивания выполнялись в действительности, стало бы понятно, что из бумажного квадрата цилиндр получается довольно просто, а вот из цилиндра тор - уже нет. Это связано с тем, что в нашем квадрате отрезки, параллельные его сторонам, имеют одинаковую длину по горизонтали и по вертикали, в то время как на настоящем бублике параллели (например, на наружной стороне тора и на внутренней) имеют разные длины.

Чтобы сделать из бумажного цилиндра тор, его придется смять, появятся изломы, острые края, то есть поверхность не будет C1-многообразием.

В рамках работы, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, французские ученые предложили действовать следующим способом.

Сначала они взяли обычный тор в трехмерном пространстве, а затем стали возмущать его так, что длины одних параллелей увеличивались, а длины других - уменьшались. Возмущения были разбиты на последовательность шагов, пределом которых и должно было стать нужное вложение.

При этом в пределе получается объект, у которого в каждой точке есть касательная плоскость, однако по построению он напоминает фрактал. Эти объекты ученые назвали C1-фракталами. По их словам, эти фракталы могут представлять интерес для математиков-теоретиков.

Построение изометрического вложения плоского тора интересно, конечно, и само по себе - возвращаясь к аналогии с кражей кошелька, всегда приятно узнать, кто же все-таки оказался вором.

Вместе с тем, первая работа, скорее всего, является всего лишь первой ласточкой: теперь, когда французы доказали практическую реализуемость метода выпуклого интегрирования, он привлечет внимание специалистов по вычислительной математике по всему миру. Кто знает, может, и у них получатся такие же красивые картинки.

Плоды совмещения и объединения технологий , - это многие типы вихреобразующих систем , используемых в различных процессах вихреобразования , начиная от систем вихревого впрыска жидкостей в газовый поток и кончая вихревым смешиванием природного газа с воздухом в различных промышленных термодинамических системах

Далее приводятся некоторые примеры трёхмерных моделей таких систем , в том числе и трёхмерных пространственных вихревых генераторов , способных эффективно и в развитом динамическом режиме сформировать вихревую трубу, движение потоков в которой полностью подчиняется современным интерпретациям основных физических законов