Turbulence se nevyskytují jen v přírodě, jak se na to díváte, ale jsou velmi potřebné v mnoha situacích: lépe promíchat různé tekutiny (proto promícháváme kávu a mléko), nebo vytvořit větší přenos tepla mezi tekutiny (kavu i protřepeme, aby rychleji vychladla) atd. V meteorologii také existují a jsou tzv Von Karman víry.
V tomto článku vysvětlíme vše, co potřebujete vědět o sklápěčích Von Karma, jejich vlastnostech a důležitosti.
Vlastnosti víru von Karma
Pro začátek musíme znát vlastnosti, které definují tekutinu a její dynamiku. Hustota, tlak nebo teplota jsou proměnné, které všichni víceméně známe. Na jejich základě a jejich účincích lze vysvětlit jakýkoli pohyb nebo dynamiku tekutiny, jakkoli komplikované to může být:
Nestabilita
Představte si proud vzduchu dopadající na kouli; je-li rychlost vzduchu nízká, zjistíme, že se vzduch pohybuje „plynule“ kolem a za míčem; tato záda se také nazývá „po proudu“ nebo „ocas“ vodního toku.
V tomto případě se proudění nazývá laminární, to znamená: víry nebo obecně nazývané turbulence se nedoceňují, pravdou je, že bez turbulencí by byla všechno nuda, vlastně i Navier-Stokesovy rovnice mohou Využití v psychologii, kontrole davu popř. návrh systémů evakuace chodců na stadionech atd., vše je jednodušší, pokud nedochází k turbulencím.
Nyní předpokládejme, že každá molekula vzduchu následuje jinou molekulu vzduchu a tak dále; existuje nekonečný počet molekul podél hladké linie. Představme si, že z jakéhokoli „důvodu“ najednou existuje molekula, která tento dynamický vzorec nesleduje, to znamená, že opustí „normální“ trajektorii, i když velmi zřídka; technicky vzato se to prý děje „nestabilně“. Tato nestabilita je začátkem turbulencí; Od tohoto okamžiku jdou změny trajektorií za sebou logicky, protože jedna molekula tlačí druhou, aby změnila směr a tak dále. „důvod“, proč na prvním místě.
Molekulární trajektorie mohou být velmi, velmi rozmanité: velmi jemné změny teploty, tlaku nebo hustoty, dokonce i ty nejběžnější neznámého původu.
V závislosti na geometrii nebo struktuře, která se tvoří jako další, má nestabilita následující názvy:
- Kelvinova-Helmholtzova nestabilita: Může se vyskytovat v proudění v kontinuální tekutině, jako je vzduch nebo voda, nebo na rozhraní dvou tekutin nebo dvou vrstev stejné tekutiny pohybujících se různými rychlostmi.
- Rayleigh-Taylorova nestabilita: Důležité při „pádu“ (kolapsu) nebo sestupu studeného vzduchu z horních vrstev atmosféry. I v „ostrém“ stoupání horkého vzduchu.
Viskozita
Viskozita je pravděpodobně dobře známá, protože každý srovnává vodu například s medem nebo lávou a usuzuje, co je viskozita. Představme si to z jiného úhlu: Předpokládejme, že jsme na semaforu s vozidly vpředu a vzadu; když se na semaforu rozsvítí zelená, potřebujeme nějaký čas na přesun; potom: viskozita je jako reakční doba mezi každým recipročním nosičem (1/reakční doba); čím vyšší je viskozita, tím kratší je reakční doba; to znamená, že všechny tekutiny mají tendenci se pohybovat jednotně nebo společně.
Viskozita je často chápána jako třecí síla mezi molekulami v tekutině. Čím vyšší je tření, tím vyšší je viskozita. Tato síla je mimo jiné důvodem existence mezní vrstvy: čím blíže je vzduch k povrchu, tím nižší je jeho rychlost (na obrázku níže krátká šipka označuje nejpomalejší rychlost).
Například paraglidisté a dokonce i piloti letadel vědí, že když fouká (nebezpečně) silný vítr, mohou klesat, protože „v jedné rovině“ se stromy značně snižuje jejich sílu.
Pokračujeme-li s příkladem míče, který jsme zmínili dříve, například pokud je proudění vzduchu přes křídlo zcela laminární a neexistuje žádná mezní vrstva (což již víme, že je totéž jako říkat žádná viskozita), není žádný rozdíl. a spodní část křídla, takže není žádný výtah; letadlo nemůže létat; je to tak snadné. Létání je úplně nemožné, ale lepkavost tu naštěstí vždy je. Také bez viskozity by nezpůsobovaly turbulence navzdory nestabilitě.
Agregace hmoty nízkým tlakem
Když je částice (například molekula vzduchu) pod nízkým tlakem, přitahuje ji zrychlením daným změnou tlaku dělenou hustotou. Při vysokém tlaku se stane opak, odpuzuje nebo tlačí.
V meteorologii oblasti vysokého tlaku se nazývají anticyklóny, zatímco cyklóny nebo bouře (extratropické cyklóny pouze ve zvláštních případech) Říká se jim nízkotlaké zóny.. Veškerý vzduch v atmosféře nebo veškerá voda v oceánech Země se pohybuje kvůli těmto tlakovým rozdílům. Tlak je matkou všech vlastností; ve skutečnosti změny tlaku ovlivňuje mnoho dalších proměnných: hustota, teplota, viskozita, gravitace, Coriolisovy síly, různé setrvačnosti atd.; ve skutečnosti, když se molekula vzduchu pohybuje, děje se tak proto, že molekula, která ji předchází, opustila oblast nízkého tlaku, oblast má tendenci se okamžitě zaplnit
Viděli jsme příčiny nebo nestability, které vznikají v médiích, jako je atmosféra nebo oceán, vytvářející určité geometrie, jednou z nich - předmětem této práce - jsou takzvané Von Karmanovy víry. Nyní, jakmile pochopíme příčiny a proměnné, které zasahují do veškeré dynamiky jakékoli tekutiny, jsme připraveni dozvědět se o této velmi specifické geometrii.
Když proud vzduchu cirkuluje kolem jakékoli geometrie, kolem ní se vyvíjí, což vede k nestabilitě, jak jsme již viděli, tvoří turbulence; tyto turbulence mají prakticky nekonečné druhy a formy; většina z nich není periodická; to znamená, že se v čase neopakují. nebo prostor, ale někteří ano. To je případ zmíněných Von Karmanových vírů.
Vznikají za velmi specifických podmínek rychlosti vzduchu a určitých rozměrů objektu působícího jako překážka.
Doufám, že s těmito informacemi se můžete dozvědět více o Von Karmanových vírech, jejich charakteristikách a významu v meteorologii.