מערבולות פון קרמן

מערבולת קיימת לא רק בטבע, איך שמסתכלים על זה, אלא היא נחוצה מאוד במצבים רבים: לערבב טוב יותר נוזלים שונים (בגלל זה אנחנו מנערים קפה וחלב כדי לערבב אותם), או ליצור העברת חום גדולה יותר בין נוזלים (אנחנו גם מנערים את הקפה כדי שיתקרר מהר יותר) וכו'. במטאורולוגיה גם הם קיימים ונקראים מערבולות פון קרמן.

במאמר זה אנו הולכים להסביר את כל מה שאתה צריך לדעת על משאיות dump Von Karma, המאפיינים והחשיבות שלהן.

מאפייני מערבולת פון קארמה

ראשית, עלינו להכיר את המאפיינים המגדירים נוזל ואת הדינמיקה שלו. צפיפות, לחץ או טמפרטורה הם משתנים שכולנו פחות או יותר יודעים. בהתבסס עליהם והשפעותיהם, ניתן להסביר כל תנועה או דינמיקה של נוזל, מסובכת ככל שתהיה:

חוסר יציבות

דמיינו זרם אוויר שפוגע בכדור; אם מהירות האוויר נמוכה, נגלה שהאוויר נע "בחלק" סביב ומאחורי הכדור; גב זה נקרא גם "בהמשך" או "זנב" של זרימת המים.

במקרה הזה הזרימה נקראת למינרית, כלומר: מערבולות או המכונה בדרך כלל מערבולות אינן מוערכות, האמת היא שבלי מערבולות הכל יהיה משעמם, למעשה אפילו משוואות Navier-Stokes יכולות אפליקציות בפסיכולוגיה, בקרת קהל או תכנון מערכות פינוי הולכי רגל באצטדיונים וכו', הכל קל יותר אם אין מערבולות.

כעת נניח שכל מולקולת אוויר עוקבת אחר מולקולת אוויר אחרת, וכן הלאה; יש מספר אינסופי של מולקולות לאורך קו חלק. הבה נדמיין שלכל "סיבה" אשר תהיה, יש פתאום מולקולה שאינה עוקבת אחר הדפוס הדינמי הזה, כלומר, היא עוזבת את המסלול ה"רגיל", אם כי לעתים רחוקות מאוד; מבחינה טכנית, אומרים שזה קורה "לא יציב". חוסר היציבות הזה הוא תחילתה של מערבולות; מאותו רגע, השינויים במסלולים הולכים זה אחר זה לוגית, שכן מולקולה אחת דוחפת את השנייה לשנות כיוון וכו'. "סיבה" למה מלכתחילה.

מסלולים מולקולריים יכולים להיות מאוד מאוד מגוונים: שינויים עדינים מאוד בטמפרטורה, לחץ או צפיפות, אפילו הנפוצים ביותר ממקור לא ידוע

בהתאם לגיאומטריה או המבנה שנוצר לאחר מכן, חוסר היציבות מקבל את השמות הבאים:

• חוסר יציבות של קלווין-הלמהולץ: זה יכול להתרחש בזרימה בתוך נוזל רציף כמו אוויר או מים, או בממשק של שני נוזלים או שתי שכבות של אותו נוזל הנעים במהירויות שונות.
• חוסר יציבות של ריילי-טיילור: חשוב ב"נפילה" (התמוטטות) או ירידה של אוויר קר מהאטמוספרה העליונה. גם בעלייה "חדה" של אוויר חם.

צְמִיגוּת

צמיגות ידועה כנראה כי כולם משווים מים לדבש או לבה, למשל, ומסיקים מהי צמיגות. בואו נדמיין מזווית אחרת: נניח שאנחנו ברמזור עם כלי רכב מלפנים ומאחור; כשהרמזור הופך לירוק, אנחנו צריכים קצת זמן לזוז; ואז: צמיגות היא כזמן התגובה בין כל נשא הדדי (1/זמן תגובה); ככל שהצמיגות גבוהה יותר, זמן התגובה קצר יותר; כלומר, כל הנוזלים נוטים לנוע ביחד או ביחד.

צמיגות נחשבת לעתים קרובות ככוח החיכוך בין מולקולות בנוזל. ככל שהחיכוך גבוה יותר, כך הצמיגות גבוהה יותר. בין היתר כוח זה הוא הסיבה לקיומה של שכבת הגבול: ככל שהאוויר קרוב יותר לפני השטח, כך מהירותו נמוכה יותר (בתמונה למטה, החץ הקצר מציין את המהירות האיטית ביותר).

למשל, מצנחי רחיפה ואפילו טייסי מטוסים יודעים שכאשר הרוח נושבת בעוצמה (מסוכנת), הם יכולים לרדת, מכיוון ש"שוטף" עם העצים מפחית את כוחם במידה ניכרת.

בהמשך לדוגמא הכדור שהזכרנו קודם, למשל, אם זרימת האוויר מעל הכנף היא למינרית לחלוטין ואין שכבת גבול (שאנחנו כבר יודעים שזה זהה לאמירת אין צמיגות), אין הבדל לחץ בין החלק העליון ותחתית הכנף, אז אין מעלית; המטוס לא יכול לטוס; זה כזה קל. טיסה היא בלתי אפשרית לחלוטין, אבל למרבה המזל הדביקות תמיד שם. כמו כן, ללא צמיגות, הם לא היו גורמים למערבולת למרות חוסר היציבות.

אגרגציה של חומר על ידי לחץ נמוך

כאשר חלקיק (כגון מולקולת אוויר) נמצא בלחץ נמוך, הוא מושך אותו בתאוצה הניתנת על ידי השינוי בלחץ חלקי הצפיפות. בלחץ גבוה קורה ההפך, זה דוחה או דוחף.

במטאורולוגיה, אזורים של לחץ גבוה נקראים אנטיציקלונים, בעוד ציקלון או סופות (ציקלונים חוץ טרופיים רק במקרים מיוחדים) הם נקראים אזורי לחץ נמוך.. כל האוויר באטמוספירה או כל המים באוקיינוסים של כדור הארץ נעים בגלל הפרשי לחצים אלו. לחץ הוא אם כל הנכסים; למעשה, משתנים רבים אחרים משפיעים על שינויי לחץ: צפיפות, טמפרטורה, צמיגות, כוח משיכה, כוחות קוריוליס, אינרציות שונות וכו'; למעשה, כאשר מולקולת אוויר נעה, היא עושה זאת מכיוון שהמולקולה שקודמת לה השאירה אזור של לחץ נמוך, האזור נוטה להתמלא מיד

ראינו גורמים או חוסר יציבות המתעוררים באמצעי תקשורת כמו האטמוספירה או האוקיינוס, ויוצרים גיאומטריות מסוימות, אחת מהן - הנושא של עבודה זו - היא מה שנקרא מערבולות פון קרמן. עכשיו, ברגע שנבין את הגורמים והמשתנים שמפריעים לכל הדינמיקה של כל נוזל, אנחנו מוכנים ללמוד על הגיאומטריה המאוד ספציפית הזו.

כאשר זרימת האוויר מסתובבת סביב כל אחד גיאומטריה, מתפתחת סביבו, מה שמוביל לחוסר יציבות, כפי שכבר ראינו, יוצרים מערבולות; למערבולות הללו יש כמעט אינסוף סוגים וצורות; רובם אינם תקופתיים; כלומר, הם לא חוזרים על עצמם בזמן. או חלל, אבל יש כאלה שכן. זהו המקרה של מערבולות פון קרמן שהוזכרו לעיל.

הם נוצרים בתנאי מהירות אוויר מאוד ספציפיים ובמימדים מסוימים של העצם הפועל כמכשול.

אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על מערבולות פון קרמן, מאפייניהן וחשיבותן במטאורולוגיה.