Турбуленцията не само присъства в природата, както и да я погледнете, но е много необходима в много ситуации: за по-добро смесване на различни течности (затова разклащаме кафето и млякото, за да ги смесим) или за създаване на по-голямо предаване на топлина между течности (разклащаме и кафето, за да изстине по-бързо) и др. В метеорологията те също съществуват и се наричат Вихри на фон Карман.
В тази статия ще обясним всичко, което трябва да знаете за самосвалите Von Karma, техните характеристики и значение.
Вихрови свойства на фон Карма
Като начало трябва да знаем свойствата, които определят флуид и неговата динамика. Плътността, налягането или температурата са променливи, които всички повече или по-малко знаем. Въз основа на тях и техните ефекти може да се обясни всяко движение или динамика на течност, колкото и сложно да е то:
нестабилност
Представете си въздушен поток, който удря сфера; ако скоростта на въздуха е ниска, откриваме, че въздухът се движи "плавно" около и зад топката; този гръб се нарича още "надолу по течението" или "опашка" на водния поток.
В този случай потокът се нарича ламинарен, тоест: вихри или обикновено наричани турбуленции не се оценяват, истината е, че без турбулентност всичко би било скучно, всъщност дори уравненията на Навие-Стокс могат Приложения в психологията, контрола на тълпата или проектиране на системи за евакуация на пешеходци на стадиони и т.н., всичко е по-лесно, ако няма турбуленции.
Сега да предположим, че всяка въздушна молекула следва друга въздушна молекула и т.н.; има безкраен брой молекули по гладка линия. Нека си представим, че по каквато и да е „причина“ изведнъж има молекула, която не следва този динамичен модел, тоест тя напуска „нормалната“ траектория, макар и много рядко; технически погледнато, се казва, че се случва "нестабилно". Тази нестабилност е началото на турбуленцията; От този момент нататък промените в траекториите следват една след друга логически, тъй като едната молекула тласка другата да промени посоката и т.н. "причина" защо на първо място.
Молекулните траектории могат да бъдат много, много разнообразни: много фини промени в температурата, налягането или плътността, дори най-често срещаните с неизвестен произход
В зависимост от геометрията или структурата, която се формира след това, нестабилността получава следните имена:
- Нестабилност на Келвин-Хелмхолц: Може да се появи в поток в непрекъснат флуид, като въздух или вода, или на границата на две течности или два слоя от една и съща течност, движещи се с различни скорости.
- Нестабилност на Релей-Тейлър: Важно при "падане" (колапс) или спускане на студен въздух от горните слоеве на атмосферата. Дори при "рязкото" издигане на горещия въздух.
Вискозидад
Вискозитетът вероятно е добре известен, защото всеки сравнява водата с мед или лава, например, за да заключи какво е вискозитет. Нека си представим от друг ъгъл: Да предположим, че сме на светофар с превозни средства отпред и отзад; когато светофарът светне зелено, трябва ни малко време, за да се преместим; тогава: вискозитетът е като времето за реакция между всеки реципрочен носител (1/време на реакция); колкото по-висок е вискозитетът, толкова по-кратко е времето за реакция; тоест всички течности са склонни да се движат в унисон или заедно.
Вискозитетът често се смята за силата на триене между молекулите в течност. Колкото по-голямо е триенето, толкова по-висок е вискозитетът. Освен всичко друго, тази сила е причината за съществуването на граничния слой: колкото по-близо е въздухът до повърхността, толкова по-ниска е неговата скорост (на изображението по-долу късата стрелка показва най-бавната скорост).
Например парапланеристите и дори пилотите на самолети знаят, че когато вятърът духа (опасно) силен, те могат да се спуснат надолу, тъй като „наравно“ с дърветата намалява силата им значително.
Продължавайки с примера за топката, който споменахме по-рано, например, ако въздушният поток над крилото е напълно ламинарен и няма граничен слой (което вече знаем, че е същото като да кажем без вискозитет), няма разлика. налягането между горната част и долната част на крилото, така че няма повдигане; самолетът не може да лети; толкова е лесно. Летенето е напълно невъзможно, но за щастие лепкавостта винаги е налице. Освен това, без вискозитет, те не биха предизвикали турбуленция въпреки нестабилността.
Агрегация на материята при ниско налягане
Когато частица (като въздушна молекула) е под ниско налягане, тя я привлича с ускорение, получено от промяната в налягането, разделена на плътността. При високо налягане се случва обратното, отблъсква или избутва.
В метеорологията, зони с високо налягане се наричат антициклони, докато циклони или бури (екстратропични циклони само в специални случаи) Те се наричат зони с ниско налягане.. Целият въздух в атмосферата или цялата вода в земните океани се движат поради тези разлики в налягането. Натискът е майката на всички свойства; всъщност много други променливи влияят на промените в налягането: плътност, температура, вискозитет, гравитация, сили на Кориолис, различни инерции и т.н.; всъщност, когато една въздушна молекула се движи, тя прави това, защото молекулата, която я предхожда, е напуснала област с ниско налягане, регионът има тенденция да се запълни незабавно
Виждали сме причини или нестабилности, които възникват в медии като атмосферата или океана, образувайки определени геометрии, една от тях - предмет на тази работа - са така наречените вихри на фон Карман. Сега, след като разберем причините и променливите, които пречат на цялата динамика на всяка течност, ние сме готови да научим за тази много специфична геометрия.
Когато въздушният поток циркулира около който и да е геометрията, се развива около нея, което води до нестабилност, както вече видяхме, образувайки турбуленция; тези турбуленции имат практически безкрайни видове и форми; повечето от тях не са периодични; тоест не се повтарят във времето. или пространство, но някои го правят. Такъв е случаят с гореспоменатите вихри на фон Карман.
Те се образуват при много специфични условия на въздушна скорост и определени размери на обекта, действащ като препятствие.
Надявам се, че с тази информация можете да научите повече за вихрите на фон Карман, техните характеристики и значение в метеорологията.