Kdy stabilita není nejlepší řešení

Přenos tepla konvektivním prouděním je důležitý proces nejen v atmosféře, kde významně ovlivňuje vývoj počasí, ale také v průmyslu nebo dokonce v kuchyni při vaření. V úplně zjednodušeném modelu jde o dvě desky, kde spodní zahřívá vzduch nebo kapalinu, která stoupá vzhůru a u horní desky se ochlazuje a klesá zpět. Přitom se tvoří víry a dochází k turbulencím, takže teoretický popis není jednoduchý. Modely vývoje počasí musí počítat s tím, že zemský povrch se ve dne zpravidla zahřívá a v noci chladne.

Co s přenosem tepla konvektivním prouděním udělají oscilace teploty? Teoretici numerickým simulováním předpověděli, že oscilace teploty by mohly přenos tepla zvýšit. Vysvětlují si to tím, že oscilace destabilizuje mezní vrstvu tekutiny v těsné blízkosti desek. Potvrdit teoretickou simulaci experimentálně se rozhodli Ladislav Skrbek z MFF UK a Pavel Urban se spolupracovníky z Ústavu přístrojové techniky AV ČR. Mezi dvě měděné desky vložili plynné helium o teplotě nižší než 6 K. Mohli tak v dostatečně širokém rozmezí měnit jak frekvenci oscilací teploty, tak amplitudu modulace. A skutečně zjistili že v relativně širokém rozsahu oscilací přenos tepla vzroste až o 20 procent. Pokud by to vedlo ke konstrukci účinnějších výměníků tepla, mohlo by to třeba trochu zmírnit současnou energetické krizi. Je také možné, že to vylepší modely vývoje počasí nebo modelování oceánského proudění.

Turbulentní konvekční proudění, při kterém se tekutina ohřívá zespodu a ochlazuje shora. Barva odpovídá teplotě. Tato simulace je v počáteční přechodné fázi.

Urban P. et al.: Phys. Rev. Lett., 2022, DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.134502.