La turbulence n'est pas seulement présente dans la nature, quelle que soit la façon dont vous la regardez, mais elle est très nécessaire dans de nombreuses situations : pour mieux mélanger différents fluides (c'est pourquoi nous secouons le café et le lait pour les mélanger), ou pour créer un plus grand transfert de chaleur entre liquides (on secoue aussi le café pour le faire refroidir plus vite), etc. En météorologie elles existent aussi et sont appelées Tourbillons de Von Karman.
Dans cet article, nous allons vous expliquer tout ce que vous devez savoir sur les tombereaux Von Karma, leurs caractéristiques et leur importance.
Propriétés du tourbillon Von Karma
Pour commencer, il faut connaître les propriétés qui définissent un fluide et sa dynamique. La densité, la pression ou la température sont des variables que nous connaissons tous plus ou moins. Sur la base d'eux et de leurs effets, tout mouvement ou dynamique d'un fluide peut être expliqué, aussi compliqué soit-il :
Instabilité
Imaginez un courant d'air frappant une sphère; si la vitesse de l'air est faible, on constate que l'air se déplace "en douceur" autour et derrière la balle ; ce retour est aussi appelé « aval » ou « queue » du débit d'eau.
Dans ce cas, l'écoulement est appelé laminaire, c'est-à-dire: les tourbillons ou généralement appelés turbulences ne sont pas appréciés, la vérité est que sans turbulence tout serait ennuyeux, en fait même les équations de Navier-Stokes peuvent Applications en psychologie, contrôle des foules ou la conception de systèmes d'évacuation des piétons dans les stades, etc., tout est plus facile s'il n'y a pas de turbulences.
Supposons maintenant que chaque molécule d'air suive une autre molécule d'air, et ainsi de suite ; il y a un nombre infini de molécules le long d'une ligne lisse. Imaginons que, pour une « raison » quelconque, il y ait soudainement une molécule qui ne suive pas ce schéma dynamique, c'est-à-dire qu'elle quitte la trajectoire « normale », quoique très rarement ; techniquement parlant, on dit qu'il se passe "instable". Cette instabilité est le début des turbulences; A partir de ce moment, les changements de trajectoires s'enchaînent logiquement, puisqu'une molécule pousse l'autre à changer de direction, et ainsi de suite. "raison" pourquoi en premier lieu.
Les trajectoires moléculaires peuvent être très, très diverses : changements très subtils de température, de pression ou de densité, même les plus courants d'origine inconnue
Selon la géométrie ou la structure qui se forme ensuite, l'instabilité reçoit les noms suivants :
- Instabilité de Kelvin-Helmholtz : Elle peut se produire en écoulement au sein d'un fluide continu tel que l'air ou l'eau, ou à l'interface de deux fluides ou de deux couches d'un même fluide se déplaçant à des vitesses différentes.
- Instabilité de Rayleigh-Taylor : Important lors de la "chute" (effondrement) ou descente d'air froid de la haute atmosphère. Même dans la "forte" montée d'air chaud.
Viscosité
La viscosité est probablement bien connue car tout le monde compare l'eau au miel ou à la lave, par exemple, en déduisant ce qu'est la viscosité. Imaginons sous un autre angle : Supposons que nous soyons à un feu rouge avec des véhicules devant et derrière ; quand le feu passe au vert, nous avons besoin de temps pour bouger; alors : la viscosité est le temps de réaction entre chaque support réciproque (1/temps de réaction) ; plus la viscosité est élevée, plus le temps de réaction est court ; c'est-à-dire que tous les fluides ont tendance à se déplacer à l'unisson ou ensemble.
La viscosité est souvent considérée comme la force de frottement entre les molécules d'un fluide. Plus le frottement est élevé, plus la viscosité est élevée. Cette force est entre autres la raison de l'existence de la couche limite : plus l'air est proche de la surface, plus sa vitesse est faible (dans l'image ci-dessous, la flèche courte indique la vitesse la plus lente).
Par exemple, les parapentistes et même les pilotes d'avion savent que lorsque le vent souffle (dangereusement) fort, ils peuvent descendre, car être « au ras » des arbres réduit considérablement leur force.
En continuant avec l'exemple de boule que nous avons mentionné plus tôt, par exemple, si le flux d'air au-dessus de l'aile est complètement laminaire et qu'il n'y a pas de couche limite (ce qui, nous le savons déjà, revient à dire aucune viscosité), il n'y a pas de différence de pression entre le haut et le bas de l'aile, donc il n'y a pas de portance ; l'avion ne peut pas voler; C'est si facile. Voler est complètement impossible, mais heureusement, l'adhérence est toujours là. De plus, sans viscosité, ils ne provoqueraient pas de turbulences malgré l'instabilité.
Agrégation de matière par basse pression
Lorsqu'une particule (telle qu'une molécule d'air) est à basse pression, elle l'attire avec une accélération donnée par le changement de pression divisé par la densité. Avec une pression élevée, l'inverse se produit, il repousse ou pousse.
En météorologie, les zones de haute pression sont appelées anticyclones, tandis que les cyclones ou tempêtes (cyclones extratropicaux uniquement dans des cas particuliers) On les appelle zones de basse pression.. Tout l'air de l'atmosphère ou toute l'eau des océans de la Terre se déplace à cause de ces différences de pression. La pression est la mère de toutes les propriétés ; en effet, de nombreuses autres variables affectent les variations de pression : densité, température, viscosité, gravité, forces de Coriolis, inerties diverses, etc. ; en fait, quand une molécule d'air bouge, elle le fait parce que la molécule qui la précède a quitté une région de basse pression, la région a tendance à se remplir immédiatement
Nous avons vu des causes ou des instabilités apparaître dans des milieux tels que l'atmosphère ou l'océan, formant certaines géométries, l'une d'entre elles - l'objet de ce travail - sont les soi-disant tourbillons de Von Karman. Maintenant, une fois que nous comprenons les causes et les variables qui interfèrent avec toute la dynamique de n'importe quel fluide, nous sommes prêts à en apprendre davantage sur cette géométrie très spécifique.
Lorsque le flux d'air circule autour de n'importe quel géométrie, évolue autour d'elle, conduisant à l'instabilité, comme nous l'avons déjà vu, formant des turbulences ; ces turbulences ont des types et des formes pratiquement infinis ; la plupart d'entre eux ne sont pas périodiques ; c'est-à-dire qu'ils ne se répètent pas dans le temps. ou l'espace, mais certains le font. C'est le cas des tourbillons de Von Karman précités.
Ils se forment dans des conditions de vitesse très spécifiques et certaines dimensions de l'objet agissant comme un obstacle.
J'espère qu'avec ces informations, vous pourrez en apprendre davantage sur les tourbillons de Von Karman, leurs caractéristiques et leur importance en météorologie.