Turbulenssia ei esiinny vain luonnossa, vaikka sitä katsoisikin, vaan se on erittäin tarpeellista monissa tilanteissa: erilaisten nesteiden sekoittumiseen paremmin (siksi ravistelemme kahvia ja maitoa sekoittaaksemme) tai aikaansaamaan suuremman lämmönsiirron nesteitä (ravistelemme myös kahvia, jotta se jäähtyy nopeammin) jne. Meteorologiassa niitä on myös olemassa ja niitä kutsutaan Von Karman pyörteitä.
Tässä artikkelissa aiomme selittää kaiken, mitä sinun tulee tietää Von Karma -kippiautoista, niiden ominaisuuksista ja tärkeydestä.
Von Karma pyörreominaisuudet
Aluksi meidän on tiedettävä ominaisuudet, jotka määrittelevät nesteen ja sen dynamiikan. Tiheys, paine tai lämpötila ovat muuttujia, jotka me kaikki enemmän tai vähemmän tiedämme. Niiden ja niiden vaikutusten perusteella voidaan selittää mikä tahansa nesteen liike tai dynamiikka, oli se kuinka monimutkaista tahansa:
tasapainottomuus
Kuvittele, että ilmavirta osuu palloon; jos ilman nopeus on alhainen, havaitsemme, että ilma liikkuu "tasaisesti" pallon ympärillä ja takana; tätä takaosaa kutsutaan myös vesivirran "alavirtaan" tai "pyrstöksi".
Tässä tapauksessa virtausta kutsutaan laminaariseksi, eli: pyörteitä tai yleisesti kutsuttuja turbulensseja ei arvosteta, totuus on, että ilman turbulenssia kaikki olisi tylsää, itse asiassa jopa Navier-Stokes-yhtälöt voivat. jalankulkijoiden evakuointijärjestelmien suunnittelu stadioneille jne., kaikki on helpompaa, jos turbulenssia ei ole.
Oletetaan nyt, että jokainen ilmamolekyyli seuraa toista ilmamolekyyliä ja niin edelleen; tasaisella viivalla on ääretön määrä molekyylejä. Kuvitelkaamme, että mistä tahansa "syystä" tahansa, yhtäkkiä on molekyyli, joka ei seuraa tätä dynaamista mallia, eli se poistuu "normaalilta" liikeradalta, vaikkakin hyvin harvoin; teknisesti ottaen sen sanotaan tapahtuvan "epävakaasti". Tämä epävakaus on turbulenssin alku; Siitä hetkestä lähtien muutokset liikeradassa seuraavat toisiaan loogisesti, koska yksi molekyyli työntää toista vaihtamaan suuntaa ja niin edelleen. "syy" miksi ensinnäkin.
Molekyyliradat voivat olla hyvin, hyvin erilaisia: hyvin hienovaraisia lämpötilan, paineen tai tiheyden muutoksia, jopa yleisimpiä tuntemattomia alkuperää olevia
Seuraavaksi muodostuvasta geometriasta tai rakenteesta riippuen epävakaus saa seuraavat nimet:
- Kelvin-Helmholtzin epävakaus: Se voi tapahtua virtauksessa jatkuvassa nesteessä, kuten ilmassa tai vedessä, tai kahden nesteen tai saman nesteen kahden kerroksen rajapinnassa, jotka liikkuvat eri nopeuksilla.
- Rayleigh-Taylorin epävakaus: Tärkeää kylmän ilman "pudotuksessa" (romahtaessa) tai laskeutuessa ylemmästä ilmakehästä. Jopa kuuman ilman "terävässä" nousussa.
Viskositeetti
Viskositeetti on luultavasti hyvin tiedossa, koska jokainen vertaa vettä esimerkiksi hunajaan tai laavaan päätelläkseen mitä viskositeetti on. Kuvitellaan toisesta näkökulmasta: Oletetaan, että olemme liikennevaloissa ajoneuvojen edessä ja takana; kun liikennevalo muuttuu vihreäksi, tarvitsemme aikaa liikkumiseen; sitten: viskositeetti on reaktioaika kunkin vastavuoroisen kantajan välillä (1/reaktioaika); mitä korkeampi viskositeetti, sitä lyhyempi reaktioaika; eli kaikilla nesteillä on taipumus liikkua yhdessä tai yhdessä.
Viskositeettia ajatellaan usein nesteen molekyylien välisenä kitkavoimana. Mitä suurempi kitka, sitä korkeampi viskositeetti. Muun muassa tämä voima on syynä rajakerroksen olemassaoloon: mitä lähempänä ilma on pintaa, sitä pienempi sen nopeus (alla olevassa kuvassa lyhyt nuoli osoittaa hitaimman nopeuden).
Esimerkiksi varjoliittimet ja jopa lentokoneen lentäjät tietävät, että kun tuuli puhaltaa (vaarallisen) voimakkaaksi, he voivat laskeutua, koska puiden "tasapainossa" oleminen vähentää voimaa huomattavasti.
Jatkaen aiemmin mainitsemaamme palloesimerkkiä, esimerkiksi jos ilmavirtaus siiven yli on täysin laminaarista eikä rajakerrosta ole (joka tiedämme jo olevan sama kuin sanoa, ettei viskositeettia), yläosan välillä ei ole eroa. ja siiven pohja, joten hissiä ei ole; kone ei voi lentää; se on niin helppoa. Lentäminen on täysin mahdotonta, mutta onneksi tahmeus on aina olemassa. Myöskään ilman viskositeettia ne eivät aiheuttaisi turbulenssia epävakaudesta huolimatta.
Matalapaineen aggregoituminen
Kun hiukkanen (kuten ilmamolekyyli) on matalassa paineessa, se vetää sitä puoleensa kiihtyvyydellä, jonka antaa paineen muutos jaettuna tiheydellä. Korkealla paineella tapahtuu päinvastoin, se hylkii tai työntää.
Meteorologiassa korkeapainealueita kutsutaan antisykloneiksi, kun taas sykloneiksi tai myrskyiksi (ekstratrooppiset syklonit vain erikoistapauksissa) Niitä kutsutaan matalapainevyöhykkeiksi.. Kaikki ilmakehän ilma tai kaikki vesi Maan valtamerissä liikkuu näiden paine-erojen takia. Paine on kaikkien ominaisuuksien äiti; itse asiassa monet muut muuttujat vaikuttavat paineen muutoksiin: tiheys, lämpötila, viskositeetti, painovoima, Coriolis-voimat, erilaiset inertiat jne.; itse asiassa, kun ilmamolekyyli liikkuu, se tekee niin, koska sitä edeltävä molekyyli on jättänyt matalapainealueen, alue pyrkii täyttymään välittömästi
Olemme nähneet syitä tai epävakauksia, jotka syntyvät ilmakehän tai valtameren kaltaisissa medioissa muodostaen tiettyjä geometrioita, yksi niistä - tämän työn aiheena - on niin sanotut Von Karman -pyörteet. Nyt kun ymmärrämme syyt ja muuttujat, jotka häiritsevät minkä tahansa nesteen kaikkea dynamiikkaa, olemme valmiita oppimaan tästä hyvin erityisestä geometriasta.
Kun ilmavirta kiertää minkä tahansa geometria, kehittyy sen ympärille, mikä johtaa epävakauteen, kuten olemme jo nähneet, muodostaen turbulenssia; näillä turbulensseilla on käytännössä äärettömät tyypit ja muodot; useimmat niistä eivät ole säännöllisiä; eli ne eivät toistu ajoissa. tai tilaa, mutta jotkut tekevät. Tämä koskee edellä mainittuja Von Karman -pyörteitä.
Ne muodostuvat hyvin erityisissä ilmanopeusolosuhteissa ja esteenä toimivan kohteen tietyissä mitoissa.
Toivon, että näiden tietojen avulla voit oppia lisää Von Karman -pyörteistä, niiden ominaisuuksista ja merkityksestä meteorologiassa.