Turbulenzen sind nicht nur in der Natur vorhanden, wie man sie auch betrachtet, sondern sie sind in vielen Situationen sehr notwendig: um verschiedene Flüssigkeiten besser zu mischen (deshalb schütteln wir Kaffee und Milch, um sie zu mischen) oder um einen größeren Wärmeübergang zwischen ihnen zu schaffen Flüssigkeiten (wir schütteln den Kaffee auch, damit er schneller abkühlt) usw. In der Meteorologie existieren sie auch und werden genannt Von Karman-Wirbel.
In diesem Artikel erklären wir Ihnen alles, was Sie über Von Karma Muldenkipper, ihre Eigenschaften und Bedeutung wissen müssen.
Eigenschaften des Von-Karma-Wirbels
Zunächst müssen wir die Eigenschaften kennen, die eine Flüssigkeit und ihre Dynamik definieren. Dichte, Druck oder Temperatur sind Größen, die wir alle mehr oder weniger kennen. Aus ihnen und ihren Wirkungen lässt sich jede noch so komplizierte Bewegung oder Dynamik einer Flüssigkeit erklären:
Instabilität
Stellen Sie sich einen Luftstrom vor, der auf eine Kugel trifft; wenn die Luftgeschwindigkeit niedrig ist, stellen wir fest, dass sich die Luft "sanft" um und hinter dem Ball bewegt; Dieser Rücken wird auch als "stromabwärts" oder "Schwanz" des Wasserflusses bezeichnet.
In diesem Fall wird die Strömung als laminar bezeichnet, das heißt: Wirbel oder allgemein Turbulenzen genannt werden nicht geschätzt, die Wahrheit ist, dass ohne Turbulenzen alles langweilig wäre, tatsächlich können sogar die Navier-Stokes-Gleichungen Anwendungen in der Psychologie, Massenkontrolle oder die Gestaltung von Personenevakuierungssystemen in Stadien usw., alles ist einfacher, wenn es keine Turbulenzen gibt.
Nehmen wir nun an, dass jedes Luftmolekül einem anderen Luftmolekül folgt und so weiter; Es gibt unendlich viele Moleküle entlang einer glatten Linie. Stellen wir uns vor, aus welchen „Gründen“ auch immer, es gibt plötzlich ein Molekül, das diesem dynamischen Muster nicht folgt, also die „normale“ Bahn verlässt, wenn auch sehr selten; technisch gesehen soll es "instabil" passieren. Diese Instabilität ist der Beginn von Turbulenzen; Von diesem Moment an folgen die Änderungen der Bahnen logisch aufeinander, da ein Molekül das andere dazu drängt, die Richtung zu ändern, und so weiter. "Grund", warum überhaupt.
Molekulare Trajektorien können sehr, sehr unterschiedlich sein: sehr subtile Änderungen der Temperatur, des Drucks oder der Dichte, selbst die häufigsten von unbekannter Herkunft
Abhängig von der sich anschließend bildenden Geometrie bzw. Struktur erhält die Instabilität folgende Namen:
- Kelvin-Helmholtz-Instabilität: Es kann im Fluss innerhalb einer kontinuierlichen Flüssigkeit wie Luft oder Wasser oder an der Grenzfläche zweier Flüssigkeiten oder zweier Schichten derselben Flüssigkeit auftreten, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen.
- Rayleigh-Taylor-Instabilität: Wichtig beim "Fall" (Kollaps) oder Abstieg kalter Luft aus der oberen Atmosphäre. Auch im "scharfen" Aufsteigen heißer Luft.
Viskosität
Die Viskosität ist wahrscheinlich gut bekannt, weil jeder Wasser zum Beispiel mit Honig oder Lava vergleicht, um auf die Viskosität zu schließen. Stellen wir uns das aus einem anderen Blickwinkel vor: Angenommen, wir stehen an einer Ampel mit Fahrzeugen davor und dahinter; wenn die Ampel grün wird, Wir brauchen etwas Zeit, um uns zu bewegen; dann: Viskosität ist die Reaktionszeit zwischen jedem reziproken Träger (1/Reaktionszeit); je höher die Viskosität, desto kürzer die Reaktionszeit; Das heißt, alle Flüssigkeiten neigen dazu, sich gemeinsam oder gemeinsam zu bewegen.
Viskosität wird oft als die Reibungskraft zwischen Molekülen in einer Flüssigkeit betrachtet. Je höher die Reibung, desto höher die Viskosität. Diese Kraft ist unter anderem der Grund für die Existenz der Grenzschicht: Je näher die Luft an der Oberfläche ist, desto geringer ist ihre Geschwindigkeit (im Bild unten zeigt der kurze Pfeil die langsamste Geschwindigkeit an).
Paragleiter und sogar Flugzeugpiloten wissen zum Beispiel, dass sie bei (gefährlich) starkem Wind absinken können, weil das „Bündig“ mit den Bäumen ihre Kraft erheblich verringert.
Um mit dem zuvor erwähnten Ballbeispiel fortzufahren: Wenn beispielsweise der Luftstrom über dem Flügel vollständig laminar ist und es keine Grenzschicht gibt (was wir bereits wissen, bedeutet dies, dass es keine Viskosität gibt), gibt es keinen Druckunterschied zwischen der Oberseite und Unterseite des Flügels, sodass kein Auftrieb vorhanden ist; das Flugzeug kann nicht fliegen; So einfach ist das. Fliegen ist völlig unmöglich, aber zum Glück ist die Klebrigkeit immer da. Außerdem würden sie ohne Viskosität trotz der Instabilität keine Turbulenzen verursachen.
Aggregation von Materie durch niedrigen Druck
Wenn sich ein Teilchen (z. B. ein Luftmolekül) unter niedrigem Druck befindet, zieht es es mit einer Beschleunigung an, die sich aus der Druckänderung dividiert durch die Dichte ergibt. Bei hohem Druck passiert das Gegenteil, es stößt ab oder drückt.
In der Meteorologie Hochdruckgebiete werden Antizyklone genannt, während Zyklone oder Stürme (außertropische Wirbelstürme nur in Sonderfällen) Sie werden als Tiefdruckgebiete bezeichnet.. Die gesamte Luft in der Atmosphäre oder das gesamte Wasser in den Ozeanen der Erde bewegt sich aufgrund dieser Druckunterschiede. Druck ist die Mutter aller Eigenschaften; Tatsächlich beeinflussen viele andere Variablen Druckänderungen: Dichte, Temperatur, Viskosität, Schwerkraft, Coriolis-Kräfte, verschiedene Trägheiten usw.; Wenn sich ein Luftmolekül bewegt, tut dies tatsächlich, weil das Molekül, das ihm vorausgeht, einen Bereich mit niedrigem Druck verlassen hat, neigt der Bereich dazu, sich sofort zu füllen
Wir haben Ursachen oder Instabilitäten gesehen, die in Medien wie der Atmosphäre oder dem Ozean entstehen und bestimmte Geometrien bilden, eine davon – Gegenstand dieser Arbeit – sind die sogenannten Von Karman-Wirbel. Nun, sobald wir die Ursachen und Variablen verstehen, die mit der gesamten Dynamik einer Flüssigkeit interferieren, sind wir bereit, etwas über diese sehr spezifische Geometrie zu lernen.
Wenn der Luftstrom um jeden herum zirkuliert Geometrie, entwickelt sich um sie herum und führt zu Instabilität, wie wir bereits gesehen haben, Turbulenzen bilden; diese Turbulenzen haben praktisch unendliche Typen und Formen; die meisten von ihnen sind nicht periodisch; das heißt, sie werden zeitlich nicht wiederholt. oder Raum, aber einige tun. Dies ist der Fall bei den oben erwähnten Von Karman-Wirbeln.
Sie bilden sich unter ganz bestimmten Fluggeschwindigkeitsbedingungen und bestimmten Abmessungen des als Hindernis wirkenden Objekts.
Ich hoffe, dass Sie mit diesen Informationen mehr über Von Karman-Wirbel, ihre Eigenschaften und ihre Bedeutung in der Meteorologie erfahren können.