Turbulencija nije prisutna samo u prirodi, kako god da je pogledate, već je neophodna u mnogim situacijama: da se bolje miješaju različite tekućine (zato protresemo kafu i mlijeko da ih pomiješamo), ili da stvorimo veći prijenos topline između tečnosti (kafu takođe protresemo da se brže ohladi) itd. U meteorologiji oni također postoje i zovu se Von Karmanovi vrtlozi.
U ovom članku ćemo objasniti sve što trebate znati o Von Karma kiper kamionima, njihovim karakteristikama i značaju.
Von Karma svojstva vrtloga
Za početak, moramo znati svojstva koja definiraju fluid i njegovu dinamiku. Gustina, pritisak ili temperatura su varijable koje svi manje-više znamo. Na osnovu njih i njihovih efekata može se objasniti svako kretanje ili dinamika tečnosti, koliko god ona bila komplikovana:
Nestabilnost
Zamislite mlaz zraka koji udara u sferu; ako je brzina vazduha mala, nalazimo da se vazduh kreće "glatko" oko i iza lopte; ovo leđa se takođe naziva "nizvodno" ili "rep" toka vode.
U ovom slučaju tok se naziva laminarno, što znači: vrtlozi ili općenito zvane turbulencije se ne cijene, istina je da bi bez turbulencije sve bilo dosadno, zapravo čak i Navier-Stokesove jednadžbe mogu Primjene u psihologiji, kontroli gužve ili projektovanje sistema za evakuaciju pešaka na stadionima i sl., sve je lakše ako nema turbulencija.
Pretpostavimo sada da svaki molekul zraka slijedi drugi molekul zraka, i tako dalje; postoji beskonačan broj molekula duž glatke linije. Zamislimo da, iz bilo kog „razloga“, odjednom postoji molekul koji ne prati ovaj dinamički obrazac, to jest, napušta „normalnu“ putanju, iako vrlo retko; tehnički govoreći, kaže se da se dešava "nestabilno". Ova nestabilnost je početak turbulencije; Od tog trenutka, promjene u putanjama logično slijede jedna drugu, budući da jedan molekul tjera drugi da promijeni smjer, itd. "razlog" zašto na prvom mestu.
Molekularne putanje mogu biti vrlo, vrlo raznolike: vrlo suptilne promjene temperature, pritiska ili gustine, čak i one najčešće nepoznatog porijekla
U zavisnosti od geometrije ili strukture koja se dalje formira, nestabilnost dobija sledeća imena:
- Kelvin-Helmholtz nestabilnost: Može se pojaviti u toku unutar kontinuiranog fluida kao što je zrak ili voda, ili na granici između dva fluida ili dva sloja istog fluida koji se kreću različitim brzinama.
- Rayleigh-Taylor nestabilnost: Važan u „padu“ (kolapsu) ili spuštanju hladnog vazduha iz gornje atmosfere. Čak i u "naglom" porastu vrućeg zraka.
Viskoznost
Viskoznost je vjerovatno dobro poznata jer svi upoređuju vodu sa medom ili lavom, na primjer, zaključujući šta je viskoznost. Zamislimo iz drugog ugla: Pretpostavimo da smo na semaforu sa vozilima ispred i iza; kada se na semaforu upali zeleno, treba nam vremena da se preselimo; tada: viskozitet je kao vrijeme reakcije između svakog recipročnog nosača (1/vrijeme reakcije); što je veći viskozitet, kraće je vrijeme reakcije; to jest, sve tečnosti teže da se kreću unisono ili zajedno.
Viskoznost se često smatra silom trenja između molekula u fluidu. Što je veće trenje, veći je i viskozitet. Između ostalog, ova sila je razlog postojanja graničnog sloja: što je zrak bliži površini, to je njegova brzina manja (na donjoj slici kratka strelica označava najsporiju brzinu).
Na primjer, paraglajderi, pa čak i piloti aviona znaju da kada vjetar (opasno) jako puše, mogu se spustiti, jer „u ravni“ sa drvećem znatno smanjuje njihovu snagu.
Nastavljajući s primjerom lopte koji smo ranije spomenuli, na primjer, ako je protok zraka preko krila potpuno laminaran i nema graničnog sloja (što već znamo da je isto kao da kažemo da nema viskoznosti), nema razlike. pritisak između gornjeg dijela krila i donji dio krila, tako da nema podizanja; avion ne može da leti; to je tako lako. Letenje je potpuno nemoguće, ali srećom lepljivost je uvek prisutna. Takođe, bez viskoznosti, ne bi izazvale turbulencije uprkos nestabilnosti.
Agregacija materije niskim pritiskom
Kada je čestica (kao što je molekula zraka) pod niskim tlakom, ona je privlači ubrzanjem dobivenom promjenom tlaka podijeljenom s gustinom. Kod visokog pritiska dešava se suprotno, odbija ili gura.
U meteorologiji, područja visokog pritiska nazivaju se anticikloni, dok se cikloni ili oluje (ekstratropski cikloni samo u posebnim slučajevima) Zovu se zone niskog pritiska.. Sav vazduh u atmosferi ili sva voda u Zemljinim okeanima kreće se zbog ovih razlika u pritisku. Pritisak je majka svih svojstava; u stvari, mnoge druge varijable utiču na promene pritiska: gustina, temperatura, viskozitet, gravitacija, Coriolisove sile, razne inercije, itd.; u stvari, kada se molekul zraka kreće, to čini zato što je molekul koji mu prethodi napustio područje niskog tlaka, područje ima tendenciju da se odmah napuni
Vidjeli smo uzroke ili nestabilnosti koje nastaju u medijima kao što su atmosfera ili okean, formirajući određene geometrije, a jedna od njih - predmet ovog rada - su takozvani Von Karmanovi vrtlozi. Sada, kada shvatimo uzroke i varijable koje ometaju svu dinamiku bilo kojeg fluida, spremni smo da učimo o ovoj vrlo specifičnoj geometriji.
Kada strujanje zraka kruži oko bilo kojeg geometrija, evoluira oko nje, što dovodi do nestabilnosti, kao što smo već videli, formiranje turbulencije; ove turbulencije imaju praktično beskonačne vrste i oblike; većina njih nije periodična; odnosno ne ponavljaju se u vremenu. ili prostor, ali neki to rade. Ovo je slučaj sa gore pomenutim Von Karmanovim vrtlozima.
Nastaju pod vrlo specifičnim uslovima zračne brzine i određenim dimenzijama objekta koji djeluje kao prepreka.
Nadam se da uz ove informacije možete saznati više o Von Karmanovim vrtlozima, njihovim karakteristikama i značaju u meteorologiji.