Turbulencija nije prisutna samo u prirodi, kako god da je pogledate, već je vrlo potrebna u mnogim situacijama: za bolje miješanje različitih tekućina (zato protresemo kavu i mlijeko da ih pomiješamo) ili za veći prijenos topline između tekućine (kavu također protresemo da se brže ohladi) itd. U meteorologiji također postoje i zovu se Von Karmanovi vrtlozi.
U ovom članku ćemo objasniti sve što trebate znati o Von Karma kiper kamionima, njihovim karakteristikama i važnosti.
Von Karma svojstva vrtloga
Za početak moramo poznavati svojstva koja definiraju tekućinu i njezinu dinamiku. Gustoća, tlak ili temperatura varijable su koje svi manje-više znamo. Na temelju njih i njihovih učinaka može se objasniti svako kretanje ili dinamika tekućine, koliko god ona bila komplicirana:
nesigurnost
Zamislite mlaz zraka koji udara u kuglu; ako je brzina zraka mala, nalazimo da se zrak kreće "glatko" oko i iza lopte; ovaj stražnji dio se također naziva "nizvodno" ili "rep" toka vode.
U ovom slučaju tok se naziva laminarno, što znači: vrtlozi ili općenito zvane turbulencije se ne cijene, istina je da bi bez turbulencije sve bilo dosadno, zapravo čak i Navier-Stokesove jednadžbe mogu Primjene u psihologiji, kontroli gužve ili projektiranje sustava za evakuaciju pješaka na stadionima i sl. sve je lakše ako nema turbulencija.
Sada pretpostavimo da svaka molekula zraka slijedi drugu molekulu zraka, i tako dalje; postoji beskonačan broj molekula duž glatke linije. Zamislimo da, iz bilo kojeg "razloga", odjednom postoji molekula koja ne slijedi ovaj dinamički obrazac, to jest, napušta "normalnu" putanju, iako vrlo rijetko; tehnički gledano, kaže se da se događa "nestabilno". Ova nestabilnost je početak turbulencije; Od tog trenutka promjene u putanjama logično slijede jedna drugu, budući da jedna molekula tjera drugu da promijeni smjer i tako dalje. "razlog" zašto na prvom mjestu.
Molekularne putanje mogu biti vrlo, vrlo raznolike: vrlo suptilne promjene temperature, tlaka ili gustoće, čak i one najčešće nepoznatog porijekla
Ovisno o geometriji ili strukturi koja se dalje formira, nestabilnost dobiva sljedeće nazive:
- Kelvin-Helmholtzova nestabilnost: Može se pojaviti u strujanju unutar kontinuiranog fluida kao što je zrak ili voda, ili na granici dviju tekućina ili dva sloja iste tekućine koja se kreće različitim brzinama.
- Rayleigh-Taylorova nestabilnost: Važan u "padu" (kolapsu) ili spuštanju hladnog zraka iz gornje atmosfere. Čak i u "oštrom" porastu vrućeg zraka.
Viskoznost
Viskoznost je vjerojatno dobro poznata jer svi uspoređuju vodu s medom ili lavom, na primjer, zaključujući što je viskoznost. Zamislimo iz drugog kuta: Pretpostavimo da smo na semaforu s vozilima ispred i iza; kada se na semaforu upali zeleno, treba nam malo vremena da se preselimo; tada: viskoznost je kao vrijeme reakcije između svakog recipročnog nosača (1/reakciono vrijeme); što je viskoznost veća, to je vrijeme reakcije kraće; odnosno sve tekućine teže kretanju unisono ili zajedno.
Viskoznost se često smatra silom trenja između molekula u tekućini. Što je veće trenje, to je veća viskoznost. Između ostalog, ova sila je razlog postojanja graničnog sloja: što je zrak bliži površini, to je njegova brzina manja (na donjoj slici kratka strelica označava najsporiju brzinu).
Na primjer, paraglajderi, pa čak i piloti zrakoplova znaju da kada puše (opasno) jak vjetar, mogu se spustiti, jer „u ravnini“ sa drvećem znatno smanjuje njihovu snagu.
Nastavljajući s primjerom lopte koji smo ranije spomenuli, na primjer, ako je strujanje zraka preko krila potpuno laminarno i nema graničnog sloja (što već znamo da je isto kao da kažemo da nema viskoznosti), nema razlike. tlak između vrha i donji dio krila, tako da nema podizanja; avion ne može letjeti; to je tako lako. Letenje je potpuno nemoguće, ali srećom ljepljivost je uvijek prisutna. Također, bez viskoznosti, ne bi izazvale turbulencije unatoč nestabilnosti.
Agregacija tvari niskim tlakom
Kada je čestica (kao što je molekula zraka) pod niskim tlakom, ona je privlači ubrzanjem danom promjenom tlaka podijeljenom s gustoćom. Kod visokog pritiska događa se suprotno, odbija ili gura.
U meteorologiji, područja visokog tlaka nazivaju se anticikloni, dok cikloni ili oluje (ekstratropske ciklone samo u posebnim slučajevima) Zovu se zone niskog tlaka.. Sav zrak u atmosferi ili sva voda u Zemljinim oceanima kreće se zbog tih razlika u tlaku. Pritisak je majka svih svojstava; zapravo, mnoge druge varijable utječu na promjene tlaka: gustoća, temperatura, viskozitet, gravitacija, Coriolisove sile, razne inercije itd.; zapravo, kada se molekula zraka kreće, to čini zato što je molekula koja joj prethodi napustila područje niskog tlaka, područje ima tendenciju da se odmah napuni
Vidjeli smo uzroke ili nestabilnosti koje nastaju u medijima poput atmosfere ili oceana, tvoreći određene geometrije, a jedna od njih - predmet ovog rada - su takozvani Von Karmanovi vrtlozi. Sada, kada shvatimo uzroke i varijable koje ometaju svu dinamiku bilo koje tekućine, spremni smo učiti o ovoj vrlo specifičnoj geometriji.
Kad strujanje zraka kruži oko bilo kojeg geometrija, razvija se oko nje, što dovodi do nestabilnosti, kao što smo već vidjeli, formiranje turbulencije; ove turbulencije imaju praktički beskonačne vrste i oblike; većina njih nije periodična; odnosno ne ponavljaju se u vremenu. ili prostor, ali neki to rade. To je slučaj s prije spomenutim Von Karmanovim vrtlozima.
Nastaju pod vrlo specifičnim uvjetima zračne brzine i određenim dimenzijama objekta koji djeluje kao prepreka.
Nadam se da uz ove informacije možete saznati više o Von Karmanovim vrtlozima, njihovim karakteristikama i važnosti u meteorologiji.