Turbulens er ikke bare tilstede i naturen, hvordan man ser på det, men det er veldig nødvendig i mange situasjoner: å blande forskjellige væsker bedre (det er derfor vi rister kaffe og melk for å blande dem), eller for å skape en større varmeoverføring mellom væsker (vi rister også kaffen for å få den avkjølt raskere) osv. I meteorologien finnes de også og kalles Von Karman virvler.
I denne artikkelen skal vi forklare alt du trenger å vite om Von Karma dumpere, deres egenskaper og betydning.
Von Karma virvelegenskaper
Til å begynne med må vi kjenne til egenskapene som definerer en væske og dens dynamikk. Tetthet, trykk eller temperatur er variabler som vi alle mer eller mindre kjenner til. Basert på dem og deres effekter, kan enhver bevegelse eller dynamikk til en væske forklares, uansett hvor komplisert den kan være:
ustøhet
Se for deg en strøm av luft som treffer en kule; hvis lufthastigheten er lav, finner vi at luften beveger seg "jevnt" rundt og bak ballen; denne ryggen kalles også "nedstrøms" eller "hale" av vannstrømmen.
I dette tilfellet kalles flyten laminær, det vil si: virvler eller generelt kalt turbulenser blir ikke verdsatt, sannheten er at uten turbulens ville alt vært kjedelig, faktisk kan selv Navier-Stokes-ligningene Applikasjoner i psykologi, publikumskontroll eller utformingen av evakueringssystemer for fotgjengere på stadioner osv., er alt enklere hvis det ikke er turbulens.
Anta nå at hvert luftmolekyl følger et annet luftmolekyl, og så videre; det er et uendelig antall molekyler langs en jevn linje. La oss forestille oss at det, uansett «grunn», plutselig er et molekyl som ikke følger dette dynamiske mønsteret, det vil si at det forlater den «normale» banen, om enn svært sjelden; teknisk sett sies det å skje "ustabilt". Denne ustabiliteten er begynnelsen på turbulens; Fra det øyeblikket følger endringene i banene hverandre logisk, siden det ene molekylet presser det andre til å endre retning, og så videre. "grunn" til hvorfor i utgangspunktet.
Molekylære baner kan være veldig, veldig forskjellige: svært subtile endringer i temperatur, trykk eller tetthet, selv de vanligste av ukjent opprinnelse
Avhengig av geometrien eller strukturen som dannes neste gang, mottar ustabiliteten følgende navn:
- Kelvin-Helmholtz ustabilitet: Det kan forekomme i strømning i et kontinuerlig fluid som luft eller vann, eller ved grensesnittet mellom to fluider eller to lag av samme fluid som beveger seg med forskjellige hastigheter.
- Rayleigh-Taylor ustabilitet: Viktig i "fall" (kollaps) eller nedstigning av kald luft fra den øvre atmosfæren. Selv i den "skarpe" stigningen av varm luft.
Viskositet
Viskositet er sannsynligvis velkjent fordi alle sammenligner vann med honning eller lava, for eksempel, og utleder hva viskositet er. La oss forestille oss fra en annen vinkel: Anta at vi står ved et lyskryss med kjøretøy foran og bak; når trafikklyset blir grønt, vi trenger litt tid til å bevege oss; da: viskositet er som reaksjonstiden mellom hver resiprok bærer (1/reaksjonstid); jo høyere viskositet, jo kortere reaksjonstid; det vil si at alle væsker har en tendens til å bevege seg unisont eller sammen.
Viskositet er ofte tenkt på som friksjonskraften mellom molekyler i en væske. Jo høyere friksjon, jo høyere viskositet. Blant annet er denne kraften årsaken til eksistensen av grenselaget: Jo nærmere luften er overflaten, desto lavere er hastigheten (på bildet nedenfor angir den korte pilen den laveste hastigheten).
For eksempel vet paraglidere og til og med flypiloter at når vinden blåser (farlig) sterkt, kan de gå ned, fordi det å være "flush" med trærne reduserer kraften deres betraktelig.
Fortsetter med balleksemplet vi nevnte tidligere, for eksempel hvis luftstrømmen over vingen er helt laminær og det ikke er noe grenselag (som vi allerede vet er det samme som å si ingen viskositet), er det ingen forskjell.trykk mellom toppen og bunnen av vingen, så det er ingen heis; flyet kan ikke fly; det er så enkelt. Å fly er helt umulig, men klissete er heldigvis alltid der. Uten viskositet ville de heller ikke forårsake turbulens til tross for ustabiliteten.
Aggregering av materie ved lavt trykk
Når en partikkel (som et luftmolekyl) har lavt trykk, tiltrekker den den med en akselerasjon gitt av trykkendringen delt på tettheten. Med høyt trykk skjer det motsatte, det avstøter eller presser.
I meteorologi, områder med høyt trykk kalles antisykloner, mens sykloner eller stormer (ekstratropiske sykloner kun i spesielle tilfeller) De kalles lavtrykkssoner.. All luften i atmosfæren eller alt vannet i jordens hav beveger seg på grunn av disse trykkforskjellene. Press er mor til alle egenskaper; faktisk påvirker mange andre variabler trykkendringer: tetthet, temperatur, viskositet, tyngdekraft, Coriolis-krefter, ulike treghet, etc.; faktisk, når et luftmolekyl beveger seg, gjør det det fordi molekylet som går foran det har forlatt et område med lavt trykk, området har en tendens til å fylles opp umiddelbart
Vi har sett årsaker eller ustabiliteter som oppstår i medier som atmosfæren eller havet, og danner visse geometrier, en av dem - emnet for dette arbeidet - er de såkalte Von Karman-virvlene. Nå, når vi forstår årsakene og variablene som forstyrrer all dynamikken til enhver væske, er vi klare til å lære om denne svært spesifikke geometrien.
Når luftstrømmen sirkulerer rundt evt geometri, utvikler seg rundt det, noe som fører til ustabilitet, som vi allerede har sett, danner turbulens; disse turbulensene har praktisk talt uendelige typer og former; de fleste av dem er ikke periodiske; det vil si at de ikke gjentas i tide. eller plass, men noen gjør det. Dette er tilfellet med de nevnte Von Karman-virvlene.
De dannes under svært spesifikke lufthastighetsforhold og visse dimensjoner av objektet som fungerer som en hindring.
Jeg håper at du med denne informasjonen kan lære mer om Von Karman-virvler, deres egenskaper og betydning i meteorologi.