Turbulenca ni prisotna le v naravi, kakorkoli jo pogledate, ampak je zelo nujna v mnogih situacijah: za boljše mešanje različnih tekočin (zato stresemo kavo in mleko, da se zmešata) ali za večji prenos toplote med tekočine (kavo tudi stresemo, da se hitreje ohladi) itd. V meteorologiji tudi obstajajo in se imenujejo Von Karmanovi vrtinci.
V tem članku bomo razložili vse, kar morate vedeti o tovornjakih prekucnikov Von Karma, njihovih značilnostih in pomenu.
Lastnosti Von Karma vorteksa
Za začetek moramo poznati lastnosti, ki opredeljujejo tekočino in njeno dinamiko. Gostota, tlak ali temperatura so spremenljivke, ki jih vsi bolj ali manj poznamo. Na podlagi njih in njihovih učinkov je mogoče razložiti vsako gibanje ali dinamiko tekočine, ne glede na to, kako zapleteno je:
Nestabilnost
Predstavljajte si, da zračni tok zadene kroglo; če je hitrost zraka majhna, ugotovimo, da se zrak »gladko« giblje okrog in za žogo; ta hrbet se imenuje tudi "dolvodno" ali "rep" vodnega toka.
V tem primeru se tok imenuje laminaren, se pravi: vrtincev ali splošno imenovanih turbulenc ne cenimo, resnica je, da bi bilo brez turbulence vse dolgočasno, pravzaprav lahko celo Navier-Stokesove enačbe. Aplikacije v psihologiji, nadzoru množice oz. načrtovanje sistemov za evakuacijo pešcev na stadionih ipd., je vse lažje, če ni turbulenc.
Zdaj pa predpostavimo, da vsaka molekula zraka sledi drugi molekuli zraka in tako naprej; vzdolž gladke črte je neskončno število molekul. Predstavljajmo si, da iz kakršnega koli "razloga" nenadoma obstaja molekula, ki ne sledi temu dinamičnemu vzorcu, se pravi, da zapusti "normalno" pot, čeprav zelo redko; tehnično gledano naj bi se dogajalo "nestabilno". Ta nestabilnost je začetek turbulence; Od tega trenutka naprej si spremembe poti logično sledijo, saj ena molekula potiska drugo, da spremeni smer itd. "razlog" zakaj sploh.
Molekularne poti so lahko zelo, zelo raznolike: zelo subtilne spremembe temperature, tlaka ali gostote, tudi tiste najpogostejše neznanega izvora
Glede na geometrijo ali strukturo, ki se oblikuje, nestabilnost prejme naslednja imena:
- Kelvin-Helmholtzova nestabilnost: Lahko se pojavi v toku v neprekinjeni tekočini, kot je zrak ali voda, ali na vmesniku dveh tekočin ali dveh plasti iste tekočine, ki se premikata z različnimi hitrostmi.
- Rayleigh-Taylorjeva nestabilnost: Pomemben pri "padu" (propadu) ali spustu hladnega zraka iz zgornje atmosfere. Tudi v "ostrem" dvigu vročega zraka.
Viskoznost
Viskoznost je verjetno dobro znana, ker vsi primerjajo vodo z medom ali lavo, na primer in sklepajo, kaj je viskoznost. Predstavljajmo si iz drugega zornega kota: Recimo, da smo na semaforju z vozili spredaj in zadaj; ko se semafor zasveti zeleno, potrebujemo nekaj časa za premikanje; potem: viskoznost je reakcijski čas med vsakim recipročnim nosilcem (1/reakcijski čas); višja kot je viskoznost, krajši je reakcijski čas; to pomeni, da se vse tekočine gibljejo v sozvočju ali skupaj.
Viskoznost se pogosto obravnava kot sila trenja med molekulami v tekočini. Večje kot je trenje, večja je viskoznost. Ta sila je med drugim razlog za obstoj mejne plasti: bližje kot je zrak površini, nižja je njegova hitrost (na spodnji sliki kratka puščica označuje najpočasnejšo hitrost).
Na primer, jadralni padalci in celo piloti letal vedo, da se ob (nevarno) močnem vetru lahko spustijo, saj »v ravni« z drevesi močno zmanjšajo njihovo moč.
Če nadaljujemo s primerom krogle, ki smo ga omenili prej, na primer, če je zračni tok čez krilo popolnoma laminaren in ni mejne plasti (kar že vemo, da je enako kot če rečemo brez viskoznosti), ni razlike. tlak med zgornjim delom in spodnji del krila, tako da ni dviga; letalo ne more leteti; tako enostavno je. Letenje je popolnoma nemogoče, a na srečo je lepljivost vedno prisotna. Tudi brez viskoznosti ne bi povzročali turbulence kljub nestabilnosti.
Agregacija snovi z nizkim tlakom
Ko je delec (kot je molekula zraka) pod nizkim tlakom, ga pritegne s pospeškom, ki ga daje sprememba tlaka, deljena z gostoto. Pri visokem tlaku se zgodi ravno nasprotno, odbija ali potiska.
V meteorologiji območja visokega tlaka imenujemo anticikloni, medtem ko cikloni ali nevihte (ekstratropski cikloni le v posebnih primerih) Imenujejo se območja nizkega tlaka.. Ves zrak v atmosferi ali vsa voda v zemeljskih oceanih se premika zaradi teh razlik v tlaku. Tlak je mati vseh lastnosti; pravzaprav mnoge druge spremenljivke vplivajo na spremembe tlaka: gostota, temperatura, viskoznost, gravitacija, Coriolisove sile, različne vztrajnosti itd.; pravzaprav, ko se molekula zraka premakne, to počne, ker je molekula, ki je pred njo, zapustila območje nizkega tlaka, območje se nagiba, da se takoj napolni
Videli smo vzroke ali nestabilnosti, ki nastanejo v medijih, kot sta atmosfera ali ocean, ki tvorijo določene geometrije, ena izmed njih - predmet tega dela - so tako imenovani Von Karmanovi vrtinci. Zdaj, ko razumemo vzroke in spremenljivke, ki vplivajo na vso dinamiko katere koli tekočine, smo pripravljeni spoznati to zelo specifično geometrijo.
Ko zračni tok kroži okoli katerega koli geometrija, se razvija okoli nje, kar vodi v nestabilnost, kot smo že videli, tvorijo turbulenco; te turbulence imajo praktično neskončne vrste in oblike; večina jih ni periodičnih; se pravi, da se ne ponavljajo v času. ali prostor, nekateri pa to storijo. To je primer prej omenjenih Von Karmanovih vrtincev.
Nastanejo pod zelo specifičnimi pogoji zračne hitrosti in določenimi dimenzijami predmeta, ki deluje kot ovira.
Upam, da boste s temi informacijami izvedeli več o Von Karmanovih vrtincih, njihovih značilnostih in pomenu v meteorologiji.