Сердце подсказало — найден способ улучшить прокачку жидкости по трубам

Пульсирующая прокачка жидкости по трубопроводам, напоминающая работу кровеносной системы человека, позволяет экономить до 9% энергии за счет подавления турбулентности. Об этом сообщается в исследовании австрийских ученых, опубликованном 6 сентября в научном журнале Nature.

Давид Скарселли и его коллеги из Института науки и технологий Австрии нашли естественный способ избавиться от турбулентности (т.е. вихревого бурлящего движения) потока жидкости в обычной трубе. Для этого нужно заставить его двигаться в пульсирующем режиме, повторяющем все ключевые особенности формы сердечного сигнала.

«Потоки через трубы и каналы на практике почти всегда являются турбулентными, что является причиной большей части возникающих потерь на трение и затрат на перекачку», — объясняют авторы в своей работе под названием «Подавление турбулентности за счет управления потоком в трубе в соответствии с сердечным циклом».

Ученые заметили, что для кровотока в аорте, пульсирующего за счет циклической работы сердца, уровни турбулентности остаются низкими, несмотря на относительно большие пиковые скорости.

В ходе экспериментов и компьютерного моделирования исследователи выяснили, как с помощью воспроизведения сердечного цикла в трубопроводе можно подавить турбулентность потока.

В частности, они обнаружили, что, турбулентный поток становится ламинарным (гладким), если постоянное давление заменить импульсным, которое копирует переменное давления в аорте человека.

Они также установили, что фаза покоя, когда сердце отдыхает после сокращения, является ключевой для подавления турбулентности.

Варьируя форму пульсирующей волны, ученые нашли оптимальную стратегию для прокачки жидкости по трубопроводам, что на 9% эффективнее применяемых сегодня методов.

«Этот режим работы эффективнее постоянного движения, которое в настоящее время наблюдается практически во всех процессах транспортировки жидкостей, начиная от отопительных контуров и заканчивая водопроводами, газо- и нефтепроводами», — отметили авторы.

По их оценкам, на перекачку жидкостей приходится почти 15% общего потребления энергии в Европейском Союзе.

«Снижение мощности перекачки на 9% могло бы внести значительный вклад в эффективность энергопотребления», — уверены ученые.