A turbulencia nem csak a természetben van jelen, akárhogyan is nézzük, de nagyon sok helyzetben nagyon szükséges: a különböző folyadékok jobb összekeveréséhez (ezért keverjük össze a kávét és a tejet), vagy hogy nagyobb hőátadást hozzunk létre. folyadékok (a kávét is összerázzuk, hogy gyorsabban kihűljön) stb. A meteorológiában is léteznek és hívják Von Karman örvények.
Ebben a cikkben mindent elmagyarázunk, amit a Von Karma billenőkocsikról, azok jellemzőiről és fontosságáról tudni kell.
Von Karma örvény tulajdonságai
Először is ismernünk kell a folyadékot és annak dinamikáját meghatározó tulajdonságokat. A sűrűség, a nyomás vagy a hőmérséklet olyan változók, amelyeket többé-kevésbé mindannyian ismerünk. Ezek és hatásaik alapján a folyadék bármilyen mozgása, dinamikája megmagyarázható, bármilyen bonyolult is legyen:
bizonytalanság
Képzeld el, hogy egy légáram eltalál egy gömböt; ha a levegő sebessége kicsi, azt tapasztaljuk, hogy a levegő "simán" mozog a labda körül és mögött; ezt a hátoldalt a vízfolyás "downstream"-nek vagy "faroknak" is nevezik.
Ebben az esetben az áramlást laminárisnak nevezik, vagyis: az örvényeket vagy általában turbulenciákat nem értékelik, az igazság az, hogy turbulencia nélkül minden unalmas lenne, sőt, még a Navier-Stokes egyenletek is képesek Alkalmazások a pszichológiában, a tömegszabályozásban, ill. a gyalogos evakuálási rendszerek kialakítása stadionokban stb., minden könnyebb, ha nincs turbulencia.
Most tegyük fel, hogy minden levegőmolekula egy másik levegőmolekulát követ, és így tovább; egy sima vonal mentén végtelen számú molekula van. Képzeljük el, hogy bármilyen "ok miatt", hirtelen van egy molekula, amely nem követi ezt a dinamikus mintát, vagyis elhagyja a "normális" pályát, bár nagyon ritkán; technikailag azt mondják, hogy "instabil" történik. Ez az instabilitás a turbulencia kezdete; Ettől a pillanattól kezdve a pályák változásai logikusan követik egymást, hiszen az egyik molekula irányváltoztatásra löki a másikat, és így tovább. az "ok", hogy miért.
A molekuláris pályák nagyon-nagyon változatosak lehetnek: nagyon finom hőmérséklet-, nyomás- vagy sűrűségváltozások, még a leggyakoribbak is, amelyek ismeretlen eredetűek.
A következő geometriától vagy szerkezettől függően az instabilitás a következő neveket kapja:
- Kelvin-Helmholtz instabilitás: Előfordulhat áramlás közben egy folytonos folyadékban, például levegőben vagy vízben, vagy két folyadék vagy ugyanazon folyadék két rétegének határfelületén, amelyek különböző sebességgel mozognak.
- Rayleigh-Taylor instabilitás: Fontos a hideg levegő "esése" (összeomlása) vagy leereszkedése a felső légkörből. Még a forró levegő "éles" emelkedésében is.
Viszkozitás
A viszkozitás valószínűleg jól ismert, mert mindenki a vizet a mézhez vagy a lávához hasonlítja, például arra következtet, hogy mi a viszkozitás. Képzeljük el egy másik szemszögből: Tegyük fel, hogy egy közlekedési lámpánál állunk járművekkel elöl és hátul; amikor a közlekedési lámpa zöldre vált, időre van szükségünk a mozgáshoz; akkor: a viszkozitás az egyes reciprok hordozók közötti reakcióidő (1/reakcióidő); minél nagyobb a viszkozitás, annál rövidebb a reakcióidő; vagyis minden folyadék egyhangúan vagy együtt mozog.
A viszkozitást gyakran a folyadékban lévő molekulák közötti súrlódási erőnek tekintik. Minél nagyobb a súrlódás, annál nagyobb a viszkozitás. Többek között ez az erő az oka a határréteg létezésének: minél közelebb van a levegő a felszínhez, annál kisebb a sebessége (az alábbi képen a rövid nyíl jelzi a leglassabb sebességet).
Például a siklóernyősök, sőt a repülőgép-pilóták is tudják, hogy ha (veszélyesen) erős szél fúj, le tudnak ereszkedni, mert a fákkal való „simaság” jelentősen csökkenti az erejüket.
Folytatva a korábban említett labdás példát, például ha a légáramlás a szárny felett teljesen lamináris és nincs határréteg (amiről már tudjuk, hogy ez ugyanaz, mint azt mondani, hogy nincs viszkozitás), akkor nincs különbség. nyomás a teteje között és a szárny alja, így nincs lift; a gép nem tud repülni; olyan könnyű. Repülni teljesen lehetetlen, de szerencsére a ragadósság mindig ott van. Emellett viszkozitás nélkül az instabilitás ellenére sem okoznának turbulenciát.
Anyagaggregáció alacsony nyomással
Ha egy részecske (például egy levegőmolekula) alacsony nyomáson van, akkor olyan gyorsulással vonzza magához, amelyet a nyomásváltozás osztva a sűrűséggel. Nagy nyomásnál az ellenkezője történik, taszítja vagy löki.
A meteorológiában a magas nyomású területeket anticiklonoknak, míg ciklonoknak vagy viharoknak nevezzük (extratropikus ciklonok csak különleges esetekben) Ezeket alacsony nyomású zónáknak nevezik.. A légkörben lévő összes levegő vagy a Föld óceánjaiban lévő összes víz elmozdul a nyomáskülönbségek miatt. A nyomás minden tulajdonság anyja; valójában sok más változó is befolyásolja a nyomásváltozásokat: sűrűség, hőmérséklet, viszkozitás, gravitáció, Coriolis-erők, különféle tehetetlenségek stb.; Valójában, amikor egy levegőmolekula mozog, azt azért teszi, mert az őt megelőző molekula elhagyta az alacsony nyomású tartományt, a régió hajlamos azonnal megtelni.
Láttunk olyan okokat vagy instabilitásokat, amelyek a médiában, például a légkörben vagy az óceánban keletkeznek, és bizonyos geometriákat alakítanak ki, ezek egyike - jelen munka tárgya - az úgynevezett Von Karman örvények. Most, ha megértjük azokat az okokat és változókat, amelyek bármilyen folyadék dinamikáját megzavarják, készen állunk arra, hogy megismerjük ezt a nagyon specifikus geometriát.
Amikor a légáramlás bármely körül kering geometria, körülötte fejlődik, ami instabilitáshoz vezet, mint már láttuk, turbulenciát képezve; ezeknek a turbulenciáknak gyakorlatilag végtelen fajtái és formái vannak; legtöbbjük nem időszakos; vagyis nem ismétlődnek meg időben. vagy helyet, de néhányan igen. Ez a fent említett Von Karman örvények esete.
Nagyon specifikus légsebesség-viszonyok és az akadályként működő objektum bizonyos méretei között alakulnak ki.
Remélem, hogy ezen információk birtokában többet megtudhat a Von Karman örvényekről, jellemzőikről és a meteorológiában betöltött fontosságukról.