Об описании неравновесных процессов переноса и формировании динамических структур в жидких средах

Обсуждаются проблемы, связанные с описанием сложных движений жидких сред, которые сопровождаются многомасштабным комплексом неравновесных процессов, включая релаксационные и инерционные эффекты. За основу взят подход, основанный на нелокальной теории неравновесных процессов переноса с применением методов кибернетической физики, который позволяет выйти за пределы механики сплошной среды, описать самоорганизацию и эволюцию динамических вихреволновых структур при неравновесном переносе импульса в жидкости. В рамках этого подхода предложен алгоритм определения спектра масштабов динамических структур, формирующихся в неравновесных течениях жидкости за счет условий, наложенных на систему воздействиями со стороны ее окружения. Временная эволюция течения описывается с помощью принципа скоростного градиента, разработанного в теории управления адаптивными системами. Управляющими параметрами служат средние размеры динамической структуры жидкой среды, а целевая функция задается максимальной энтропией, которую может произвести система при наложенных на нее ограничениях. При этом между структурной эволюцией системы и динамикой течения формируются обратные связи, которые стабилизируют режим течения. Без их учета эволюция динамических структур может приводить к неустойчивостям разного типа и изменению режима течения. В качестве примера приведено высокоскоростное течение Рэлея, где показано, что за счет перехода к турбулентному режиму жидкость минимизирует необратимые потери механической энергии.