Turbulens er ikke kun til stede i naturen, hvordan man end ser på det, men det er meget nødvendigt i mange situationer: For bedre at blande forskellige væsker (det er derfor, vi ryster kaffe og mælk for at blande dem), eller at skabe en større varmeoverførsel mellem væsker (vi ryster også kaffen for at få den hurtigere afkølet) osv. I meteorologien findes de også og kaldes Von Karman hvirvler.
I denne artikel vil vi forklare alt, hvad du behøver at vide om Von Karma dumpere, deres egenskaber og vigtighed.
Von Karma vortex egenskaber
Til at begynde med skal vi kende de egenskaber, der definerer en væske og dens dynamik. Massefylde, tryk eller temperatur er variabler, som vi alle mere eller mindre kender. Baseret på dem og deres virkninger kan enhver bevægelse eller dynamik af en væske forklares, hvor kompliceret den end måtte være:
unsteadiness
Forestil dig en luftstrøm, der rammer en kugle; hvis lufthastigheden er lav, finder vi, at luften bevæger sig "jævnt" rundt om og bagved bolden; denne bagside kaldes også "nedstrøms" eller "hale" af vandstrømmen.
I dette tilfælde kaldes flowet laminært, det vil sige: hvirvler eller generelt kaldet turbulenser værdsættes ikke, sandheden er, at uden turbulens ville alt være kedeligt, faktisk kan selv Navier-Stokes-ligningerne Anvendelser i psykologi, crowd control eller udformningen af fodgængerevakueringssystemer på stadioner osv. er alt nemmere, hvis der ikke er turbulens.
Antag nu, at hvert luftmolekyle følger et andet luftmolekyle, og så videre; der er et uendeligt antal molekyler langs en glat linje. Lad os forestille os, at der, uanset "årsag", pludselig er et molekyle, der ikke følger dette dynamiske mønster, det vil sige, at det forlader den "normale" bane, om end meget sjældent; teknisk set siges det at ske "ustabilt". Denne ustabilitet er begyndelsen på turbulens; Fra det øjeblik følger ændringerne i banerne hinanden logisk, da det ene molekyle skubber det andet til at ændre retning, og så videre. "grund" hvorfor i første omgang.
Molekylære baner kan være meget, meget forskellige: meget subtile ændringer i temperatur, tryk eller tæthed, selv de mest almindelige af ukendt oprindelse
Afhængigt af geometrien eller strukturen, der dannes næste gang, modtager ustabiliteten følgende navne:
- Kelvin-Helmholtz ustabilitet: Det kan forekomme i strømning i en kontinuerlig væske, såsom luft eller vand, eller ved grænsefladen mellem to væsker eller to lag af den samme væske, der bevæger sig med forskellige hastigheder.
- Rayleigh-Taylor ustabilitet: Vigtigt i "efteråret" (kollaps) eller nedstigning af kold luft fra den øvre atmosfære. Selv i den "skarpe" stigning af varm luft.
Viskositet
Viskositet er formentlig velkendt, fordi alle sammenligner vand med for eksempel honning eller lava og udleder, hvad viskositet er. Lad os forestille os fra en anden vinkel: Antag, at vi står ved et lyskryds med køretøjer foran og bagved; når lyskrydset bliver grønt, vi har brug for lidt tid til at bevæge os; derefter: viskositet er som reaktionstiden mellem hver reciprok bærer (1/reaktionstid); jo højere viskositet, jo kortere reaktionstid; det vil sige, at alle væsker har en tendens til at bevæge sig unisont eller sammen.
Viskositet opfattes ofte som friktionskraften mellem molekyler i en væske. Jo højere friktion, jo højere viskositet. Denne kraft er blandt andet årsagen til grænselagets eksistens: Jo tættere luften er på overfladen, jo lavere er dens hastighed (på billedet nedenfor angiver den korte pil den langsomste hastighed).
For eksempel ved paraglidere og endda flypiloter, at når vinden blæser (farligt) stærkt, kan de sænke sig, fordi det at være "flush" med træerne reducerer deres kraft betydeligt.
Fortsætter med kugleeksemplet, vi nævnte tidligere, for eksempel, hvis luftstrømmen over vingen er fuldstændig laminær, og der ikke er noget grænselag (hvilket vi allerede ved er det samme som at sige ingen viskositet), er der ingen forskel. og bunden af vingen, så der er ingen elevator; flyet kan ikke flyve; det er så nemt. At flyve er fuldstændig umuligt, men klæbrigheden er der heldigvis altid. Uden viskositet ville de heller ikke forårsage turbulens på trods af ustabiliteten.
Aggregering af stof ved lavt tryk
Når en partikel (såsom et luftmolekyle) er ved lavt tryk, tiltrækker den den med en acceleration givet af trykændringen divideret med massefylden. Ved højt tryk sker det modsatte, det frastøder eller skubber.
I meteorologi, områder med højtryk kaldes anticykloner, mens cykloner eller storme (ekstratropiske cykloner kun i særlige tilfælde) De kaldes lavtrykszoner.. Al luften i atmosfæren eller alt vandet i jordens oceaner bevæger sig på grund af disse trykforskelle. Tryk er moderen til alle egenskaber; faktisk påvirker mange andre variable trykændringer: tæthed, temperatur, viskositet, tyngdekraft, Coriolis-kræfter, forskellige inerti osv.; faktisk, når et luftmolekyle bevæger sig, gør det det, fordi det molekyle, der går forud for det, har forladt et område med lavt tryk, området har en tendens til at fylde op med det samme
Vi har set årsager eller ustabiliteter, der opstår i medier som atmosfæren eller havet, og danner visse geometrier, en af dem - emnet for dette arbejde - er de såkaldte Von Karman-hvirvler. Nu, når vi først forstår årsagerne og variablerne, der forstyrrer al dynamikken i enhver væske, er vi klar til at lære om denne meget specifikke geometri.
Når luftstrømmen cirkulerer rundt om evt geometri, udvikler sig omkring det, hvilket fører til ustabilitet, som vi allerede har set, danner turbulens; disse turbulenser har praktisk talt uendelige typer og former; de fleste af dem er ikke periodiske; det vil sige, at de ikke gentages i tide. eller plads, men nogle gør. Dette er tilfældet med de førnævnte Von Karman-hvirvler.
De dannes under meget specifikke lufthastighedsforhold og visse dimensioner af objektet, der fungerer som en hindring.
Jeg håber, at du med denne information kan lære mere om Von Karman-hvirvler, deres karakteristika og betydning i meteorologi.