Turbulencija yra ne tik gamtoje, kad ir kaip pažiūrėtum, bet ji labai reikalinga daugelyje situacijų: norint geriau sumaišyti įvairius skysčius (todėl maišydami suplakame kavą ir pieną), ar sukurti didesnį šilumos perdavimą tarp skysčių (kavą taip pat suplakame, kad greičiau atvėstų) ir pan. Meteorologijoje jie taip pat egzistuoja ir vadinami Von Karmano sūkuriai.
Šiame straipsnyje mes paaiškinsime viską, ką reikia žinoti apie Von Karma savivarčius, jų savybes ir svarbą.
Von Karma sūkurio savybės
Pirmiausia turime žinoti skysčio savybes ir jo dinamiką. Tankis, slėgis arba temperatūra yra kintamieji, kuriuos mes visi daugiau ar mažiau žinome. Remiantis jais ir jų poveikiu, galima paaiškinti bet kokį skysčio judėjimą ar dinamiką, kad ir koks sudėtingas jis būtų:
Nestabilumas
Įsivaizduokite oro srautą, kuris atsitrenkia į sferą; jei oro greitis mažas, pastebime, kad oras „tolygiai“ juda aplink kamuolį ir už jo; ši nugara dar vadinama vandens srauto „pasroviui“ arba „uodega“.
Šiuo atveju srautas vadinamas laminariniu, tai yra: sūkuriai ar paprastai vadinamos turbulencijos nevertinami, tiesa ta, kad be turbulencijos viskas būtų nuobodu, iš tikrųjų net Navier-Stokes lygtys gali Taikymas psichologijoje, minios valdymas ar pėsčiųjų evakuacijos sistemų projektavimas stadionuose ir pan., viskas paprasčiau, jei nėra turbulencijos.
Dabar tarkime, kad kiekviena oro molekulė seka kitą oro molekulę ir pan. lygioje linijoje yra begalinis molekulių skaičius. Įsivaizduokime, kad dėl kokios nors „priežasties“ staiga atsiranda molekulė, kuri nesilaiko šio dinaminio modelio, tai yra, ji palieka „normalią“ trajektoriją, nors ir labai retai; techniškai kalbant, sakoma, kad tai vyksta „nestabiliai“. Šis nestabilumas yra turbulencijos pradžia; Nuo to momento trajektorijų pokyčiai logiškai seka vienas kitą, nes viena molekulė stumia kitą keisti kryptį ir pan. „priežastis“, kodėl pirmiausia.
Molekulinės trajektorijos gali būti labai, labai įvairios: labai subtilūs temperatūros, slėgio ar tankio pokyčiai, net ir dažniausiai pasitaikantys neaiškios kilmės
Atsižvelgiant į toliau formuojamą geometriją ar struktūrą, nestabilumas įgauna tokius pavadinimus:
- Kelvino-Helmholtzo nestabilumas: Jis gali atsirasti sraute ištisiniame skystyje, pavyzdžiui, ore ar vandenyje, arba dviejų skysčių arba dviejų to paties skysčio sluoksnių, judančių skirtingu greičiu, sąsajoje.
- Rayleigh-Taylor nestabilumas: Svarbus šalto oro „kritimo“ (žlugimo) ar nusileidimo iš viršutinių atmosferos sluoksnių metu. Netgi „staigiai“ pakilus karštam orui.
Klampa
Klampumas tikriausiai yra gerai žinomas, nes visi lygina vandenį su medumi ar lava, pavyzdžiui, darydami išvadą, kas yra klampumas. Įsivaizduokime kitu kampu: Tarkime, kad esame prie šviesoforo su transporto priemonėmis priekyje ir gale; užsidegus žaliam šviesoforo signalui, mums reikia šiek tiek laiko pajudėti; tada: klampumas yra reakcijos laikas tarp kiekvieno abipusio nešiklio (1/reakcijos laikas); kuo didesnis klampumas, tuo trumpesnis reakcijos laikas; tai yra, visi skysčiai linkę judėti vieningai arba kartu.
Klampumas dažnai laikomas trinties jėga tarp skysčio molekulių. Kuo didesnė trintis, tuo didesnis klampumas. Be kita ko, ši jėga yra ribinio sluoksnio egzistavimo priežastis: kuo oras arčiau paviršiaus, tuo mažesnis jo greitis (žemiau esančiame paveikslėlyje trumpa rodyklė rodo lėčiausią greitį).
Pavyzdžiui, parasparniai ir net lėktuvų pilotai žino, kad pučiant (pavojingai) stipriam vėjui jie gali nusileisti, nes buvimas „lygumoje“ su medžiais gerokai sumažina jų jėgą.
Tęsiant anksčiau minėtą rutulio pavyzdį, pavyzdžiui, jei oro srautas virš sparno yra visiškai laminarinis ir nėra ribinio sluoksnio (kas jau žinome, tai tas pats, kas sakyti, kad nėra klampumo), nėra skirtumo. slėgis tarp viršaus ir sparno apačia, todėl nėra keltuvo; lėktuvas negali skristi; tai taip lengva. Skristi visiškai neįmanoma, bet, laimei, lipnumas visada yra. Be to, be klampumo jie nesukeltų turbulencijos, nepaisant nestabilumo.
Medžiagų agregacija esant žemam slėgiui
Kai dalelė (pvz., oro molekulė) yra žemo slėgio, ji pritraukia ją pagreičiu, kurį lemia slėgio pokytis, padalytas iš tankio. Esant aukštam slėgiui atsitinka priešingai, jis atstumia arba stumia.
Meteorologijoje aukšto slėgio zonos vadinamos anticiklonais, o ciklonais arba audros (ekstratropiniai ciklonai tik ypatingais atvejais) Jos vadinamos žemo slėgio zonomis.. Visas oras atmosferoje arba visas vanduo Žemės vandenynuose juda dėl šių slėgio skirtumų. Slėgis yra visų savybių motina; tiesą sakant, daugelis kitų kintamųjų turi įtakos slėgio pokyčiams: tankis, temperatūra, klampumas, gravitacija, Koriolio jėgos, įvairios inercijos ir kt.; Tiesą sakant, kai oro molekulė juda, ji tai daro todėl, kad prieš ją esanti molekulė paliko žemo slėgio sritį, ta sritis linkusi tuoj pat prisipildyti.
Mes matėme priežastis arba nestabilumą, atsirandantį tokiose medijose kaip atmosfera ar vandenynas, formuojant tam tikras geometrijas, viena iš jų – šio darbo objektas – yra vadinamieji Von Karmano sūkuriai. Dabar, kai suprasime priežastis ir kintamuosius, kurie trukdo visai bet kokio skysčio dinamikai, esame pasirengę sužinoti apie šią labai specifinę geometriją.
Kai oro srautas cirkuliuoja aplink bet kurį geometrija, vystosi aplink ją, sukeldama nestabilumą, kaip jau matėme, formuojantis turbulenciją; šios turbulencijos turi praktiškai begalę tipų ir formų; dauguma jų nėra periodiniai; tai jie laiku nepasikartoja. arba erdvės, bet kai kurie tai daro. Tai yra minėtų Von Karman sūkurių atvejis.
Jie susidaro esant labai specifinėms oro greičio sąlygoms ir tam tikriems objekto matmenims, veikiantiems kaip kliūtis.
Tikiuosi, kad turėdami šią informaciją galėsite daugiau sužinoti apie Von Karmano sūkurius, jų savybes ir svarbą meteorologijoje.