Von Karman draaikolken

von karman draaikolken

Turbulentie is niet alleen aanwezig in de natuur, hoe je het ook bekijkt, maar het is in veel situaties zeer noodzakelijk: om verschillende vloeistoffen beter te mengen (daarom schudden we koffie en melk om ze te mengen), of om een ​​grotere overdracht van warmte tussen vloeistoffen (we schudden de koffie ook om hem sneller af te laten koelen), enz. In de meteorologie bestaan ​​ze ook en worden ze genoemd Von Karman draaikolken.

In dit artikel gaan we alles uitleggen wat u moet weten over Von Karma dumptrucks, hun kenmerken en belang.

Von Karma vortex eigenschappen

rijen draaikolken

Om te beginnen moeten we de eigenschappen kennen die een vloeistof en zijn dynamiek definiëren. Dichtheid, druk of temperatuur zijn variabelen die we allemaal min of meer kennen. Op basis daarvan en hun effecten kan elke beweging of dynamiek van een vloeistof worden verklaard, hoe ingewikkeld deze ook is:

wankel

von karman draaikolken in de meteorologie

Stel je een luchtstroom voor die een bol raakt; als de luchtsnelheid laag is, vinden we dat de lucht "soepel" rond en achter de bal beweegt; deze achterkant wordt ook wel de "stroomafwaartse" of "staart" van de waterstroom genoemd.

In dit geval wordt de stroom laminair genoemd, dat wil zeggen: wervelingen of in het algemeen turbulenties worden niet gewaardeerd, de waarheid is dat zonder turbulentie alles saai zou zijn, in feite kunnen zelfs de Navier-Stokes-vergelijkingen Toepassingen in psychologie, crowd control of het ontwerp van voetgangersevacuatiesystemen in stadions, enz., alles is gemakkelijker als er geen turbulentie is.

Stel nu dat elk luchtmolecuul een ander luchtmolecuul volgt, enzovoort; er zijn oneindig veel moleculen langs een vloeiende lijn. Laten we ons voorstellen dat, om welke 'reden' ook, er plotseling een molecuul is dat dit dynamische patroon niet volgt, dat wil zeggen, het verlaat het 'normale' traject, zij het zeer zelden; technisch gesproken zou het "instabiel" gebeuren. Deze instabiliteit is het begin van turbulentie; Vanaf dat moment volgen de veranderingen in de banen elkaar logisch op, aangezien het ene molecuul het andere dwingt om van richting te veranderen, enzovoort. "reden" waarom in de eerste plaats.

Moleculaire trajecten kunnen zeer, zeer divers zijn: zeer subtiele veranderingen in temperatuur, druk of dichtheid, zelfs de meest voorkomende van onbekende oorsprong

Afhankelijk van de geometrie of structuur die zich daarna vormt, krijgt de instabiliteit de volgende namen:

  • Kelvin-Helmholtz-instabiliteit: Het kan optreden in stroming in een continue vloeistof zoals lucht of water, of op het grensvlak van twee vloeistoffen of twee lagen van dezelfde vloeistof die met verschillende snelheden bewegen.
  • Rayleigh-Taylor instabiliteit: Belangrijk bij de "val" (instorting) of afdaling van koude lucht uit de bovenste atmosfeer. Zelfs in de "scherpe" stijging van hete lucht.

Viscositeit

Viscositeit is waarschijnlijk bekend omdat iedereen water vergelijkt met honing of lava, bijvoorbeeld om te concluderen wat viscositeit is. Laten we ons eens vanuit een andere hoek voorstellen: stel dat we bij een stoplicht staan ​​met voertuigen voor en achter; als het stoplicht op groen springt, we hebben wat tijd nodig om te verhuizen; dan: viscositeit is als de reactietijd tussen elke wederzijdse drager (1/reactietijd); hoe hoger de viscositeit, hoe korter de reactietijd; dat wil zeggen, alle vloeistoffen hebben de neiging om tegelijk of samen te bewegen.

Viscositeit wordt vaak gezien als de wrijvingskracht tussen moleculen in een vloeistof. Hoe hoger de wrijving, hoe hoger de viscositeit. Deze kracht is onder meer de reden voor het bestaan ​​van de grenslaag: hoe dichter de lucht bij het oppervlak is, hoe lager de snelheid (in de afbeelding hieronder geeft de korte pijl de laagste snelheid aan).

Paragliders en zelfs vliegtuigpiloten weten bijvoorbeeld dat wanneer de wind (gevaarlijk) sterk waait, ze kunnen afdalen, omdat ze "op één lijn liggen" met de bomen hun kracht aanzienlijk verminderen.

Om verder te gaan met het balvoorbeeld dat we eerder noemden, bijvoorbeeld als de luchtstroom over de vleugel volledig laminair is en er geen grenslaag is (wat we al weten is hetzelfde als zeggen geen viscositeit), dan is er geen drukverschil tussen de bovenkant en onderkant van de vleugel, dus er is geen lift; het vliegtuig kan niet vliegen; het is zo makkelijk. Vliegen is totaal onmogelijk, maar de plakkerigheid is er gelukkig altijd. Ook zouden ze zonder viscositeit ondanks de instabiliteit geen turbulentie veroorzaken.

Aggregatie van materie door lage druk

sfeervol spektakel

Wanneer een deeltje (zoals een luchtmolecuul) onder lage druk staat, trekt het het aan met een versnelling die wordt gegeven door de verandering in druk gedeeld door de dichtheid. Bij hoge druk gebeurt het tegenovergestelde, het stoot af of duwt.

In de meteorologie, gebieden met hoge druk worden anticyclonen genoemd, terwijl cyclonen of stormen (extratropische cyclonen alleen in speciale gevallen) Ze worden lagedrukgebieden genoemd.. Alle lucht in de atmosfeer of al het water in de oceanen van de aarde beweegt vanwege deze drukverschillen. Druk is de moeder van alle eigenschappen; in feite beïnvloeden veel andere variabelen drukveranderingen: dichtheid, temperatuur, viscositeit, zwaartekracht, Coriolis-krachten, verschillende traagheden, enz.; in feite, wanneer een luchtmolecuul beweegt, doet het dat omdat het molecuul dat eraan voorafgaat een gebied met lage druk heeft verlaten, het gebied heeft de neiging om onmiddellijk vol te lopen

We hebben oorzaken of instabiliteiten gezien die zich voordoen in media zoals de atmosfeer of de oceaan, die bepaalde geometrieën vormen, een van hen - het onderwerp van dit werk - zijn de zogenaamde Von Karman-draaikolken. Nu we eenmaal de oorzaken en variabelen begrijpen die interfereren met alle dynamiek van een vloeistof, zijn we klaar om meer te leren over deze zeer specifieke geometrie.

Wanneer de luchtstroom rond een geometrie, evolueert eromheen, wat leidt tot instabiliteit, zoals we al hebben gezien, turbulentie vormend; deze turbulenties hebben praktisch oneindig veel soorten en vormen; de meeste zijn niet periodiek; dat wil zeggen, ze worden niet in de tijd herhaald. of ruimte, maar sommige wel. Dit is het geval bij de eerder genoemde Von Karman-wervels.

Ze vormen zich onder zeer specifieke luchtsnelheidsomstandigheden en bepaalde afmetingen van het object dat als obstakel fungeert.

Ik hoop dat je met deze informatie meer te weten kunt komen over Von Karman-wervels, hun kenmerken en belang in de meteorologie.


De inhoud van het artikel voldoet aan onze principes van redactionele ethiek. Klik op om een ​​fout te melden hier.

Wees de eerste om te reageren

Laat je reactie achter

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd.

*

*

  1. Verantwoordelijk voor de gegevens: Miguel Ángel Gatón
  2. Doel van de gegevens: Controle SPAM, commentaarbeheer.
  3. Legitimatie: uw toestemming
  4. Mededeling van de gegevens: De gegevens worden niet aan derden meegedeeld, behalve op grond van wettelijke verplichting.
  5. Gegevensopslag: database gehost door Occentus Networks (EU)
  6. Rechten: u kunt uw gegevens op elk moment beperken, herstellen en verwijderen.