Турбулентность не только присутствует в природе, как ни посмотри, но и очень необходима во многих ситуациях: чтобы лучше смешивать разные жидкости (поэтому мы встряхиваем кофе и молоко, чтобы смешать их), или для создания большей теплопередачи между жидкости (кофе также встряхиваем, чтобы он быстрее остыл) и т.д. В метеорологии они тоже существуют и называются Вихри фон Кармана.
В этой статье мы объясним все, что вам нужно знать о самосвалах Von Karma, их характеристиках и важности.
Свойства вихря фон Кармы
Для начала мы должны знать свойства, определяющие жидкость и ее динамику. Плотность, давление или температура — это переменные, которые мы все более или менее знаем. Основываясь на них и их эффектах, можно объяснить любое движение или динамику жидкости, каким бы сложным оно ни было:
нестабильность
Представьте себе поток воздуха, падающий на сферу; если скорость воздуха мала, мы находим, что воздух движется «плавно» вокруг и позади мяча; эту спину также называют «нижним течением» или «хвостом» водного потока.
В этом случае поток называется ламинарным, то есть: вихри или обычно называемые турбулентностью не ценятся, правда в том, что без турбулентности все было бы скучно, на самом деле даже уравнения Навье-Стокса могут быть применены в психологии, управлении толпой или проектирование систем эвакуации пешеходов на стадионах и т.д., все проще, если нет турбулентности.
Теперь предположим, что каждая молекула воздуха следует за другой молекулой воздуха и т. д.; вдоль гладкой линии проходит бесконечное число молекул. Представим себе, что по какой-то «причине» вдруг появляется молекула, которая не следует этому динамическому паттерну, то есть сходит с «нормальной» траектории, хотя и очень редко; технически говоря, говорят, что это происходит «нестабильно». Эта нестабильность является началом турбулентности; С этого момента изменения траекторий логически следуют друг за другом, поскольку одна молекула подталкивает другую к изменению направления и так далее. "причина", почему в первую очередь.
Молекулярные траектории могут быть очень и очень разнообразными: очень тонкие изменения температуры, давления или плотности, даже самые обычные неизвестного происхождения
В зависимости от геометрии или структуры, которая образуется затем, неустойчивость получает следующие названия:
- Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца: Это может произойти в потоке непрерывной жидкости, такой как воздух или вода, или на границе двух жидкостей или двух слоев одной и той же жидкости, движущихся с разными скоростями.
- Неустойчивость Рэлея-Тейлора: Важен при «падении» (коллапсе) или нисхождении холодного воздуха из верхних слоев атмосферы. Даже при «резком» подъеме горячего воздуха.
Вязкость
Вязкость, вероятно, хорошо известна, потому что все сравнивают воду с медом или лавой, например, делая вывод, что такое вязкость. Давайте представим под другим углом: предположим, что мы стоим на светофоре, впереди и сзади едут машины; когда загорается зеленый сигнал светофора, нам нужно время, чтобы двигаться; затем: вязкость представляет собой время реакции между каждым взаимным носителем (1/время реакции); чем выше вязкость, тем короче время реакции; то есть все жидкости имеют тенденцию двигаться в унисон или вместе.
Вязкость часто рассматривается как сила трения между молекулами жидкости. Чем выше трение, тем выше вязкость. Помимо прочего, эта сила является причиной существования пограничного слоя: чем ближе воздух к поверхности, тем ниже его скорость (на изображении ниже короткая стрелка указывает на самую медленную скорость).
Например, парапланеристы и даже пилоты самолетов знают, что когда дует (опасно) сильный ветер, они могут снижаться, потому что нахождение «на одном уровне» с деревьями значительно снижает их силу.
Продолжая пример с шаром, о котором мы упоминали ранее, например, если воздушный поток над крылом полностью ламинарный и нет пограничного слоя (что, как мы уже знаем, равносильно тому, что мы говорим об отсутствии вязкости), нет никакой разницы в давлении между верхними и верхними слоями. и низ крыла, поэтому подъемной силы нет; самолет не может летать; это так просто. Летать совершенно невозможно, но, к счастью, липкость всегда присутствует. Кроме того, без вязкости они не вызывали бы турбулентности, несмотря на нестабильность.
Агрегация вещества при низком давлении
Когда частица (например, молекула воздуха) находится под низким давлением, она притягивает ее с ускорением, определяемым изменением давления, деленным на плотность. При высоком давлении происходит наоборот, оно отталкивает или толкает.
В метеорологии области высокого давления называются антициклонами, а циклоны или штормы (внетропические циклоны только в особых случаях) Их называют зонами низкого давления.. Весь воздух в атмосфере или вся вода в земных океанах движется из-за этих перепадов давления. Давление — мать всех свойств; на самом деле на изменение давления влияют многие другие переменные: плотность, температура, вязкость, гравитация, силы Кориолиса, различные силы инерции и т. д.; на самом деле, когда молекула воздуха движется, это происходит потому, что молекула, которая предшествует ей, покинула область низкого давления, эта область стремится немедленно заполниться.
Мы видели причины или неустойчивости, возникающие в таких средах, как атмосфера или океан, образующие определенные геометрии, одна из них — предмет этой работы — так называемые вихри фон Кармана. Теперь, когда мы понимаем причины и переменные, влияющие на всю динамику любой жидкости, мы готовы изучить эту очень специфическую геометрию.
Когда воздушный поток циркулирует вокруг любого геометрия, развивается вокруг нее, что приводит к нестабильности, как мы уже видели, образуя турбулентность; эти турбулентности имеют практически бесконечные типы и формы; большинство из них не периодические; то есть они не повторяются во времени. или космос, но некоторые делают. Это случай вышеупомянутых вихрей фон Кармана.
Они формируются при очень специфических условиях воздушной скорости и определенных размерах объекта, выступающего в роли препятствия.
Я надеюсь, что с помощью этой информации вы сможете больше узнать о вихрях фон Кармана, их характеристиках и значении в метеорологии.