Türbülans sadece doğada mevcut değildir, nasıl bakarsanız bakın, birçok durumda çok gereklidir: farklı sıvıları daha iyi karıştırmak için (bu yüzden karıştırmak için kahve ve sütü çalkalıyoruz) veya daha fazla ısı transferi oluşturmak için. sıvılar (daha hızlı soğuması için kahveyi de sallıyoruz), vb. Meteorolojide de varlar ve denir Von Karman girdapları.
Bu yazıda Von Karma damperli kamyonlar, özellikleri ve önemi hakkında bilmeniz gereken her şeyi açıklayacağız.
Von Karma girdap özellikleri
Başlangıç olarak, bir akışkanı ve onun dinamiklerini tanımlayan özellikleri bilmeliyiz. Yoğunluk, basınç veya sıcaklık hepimizin az çok bildiği değişkenlerdir. Bunlara ve etkilerine dayanarak, bir akışkanın herhangi bir hareketi veya dinamiği, ne kadar karmaşık olursa olsun, açıklanabilir:
kararsızlık
Bir küreye çarpan bir hava akımı düşünün; hava hızı düşükse, havanın topun etrafında ve arkasında "düzgün" hareket ettiğini görürüz; bu geri, su akışının "mansabı" veya "kuyruğu" olarak da adlandırılır.
Bu durumda akışa laminer denir, yani: girdaplar veya genel olarak adlandırılan türbülanslar takdir edilmez, gerçek şu ki türbülans olmadan her şey sıkıcı olurdu, aslında Navier-Stokes denklemleri bile psikoloji, kalabalık kontrolü veya stadyumlarda yaya tahliye sistemlerinin tasarımı vs. türbülans yoksa her şey daha kolay.
Şimdi her bir hava molekülünün başka bir hava molekülünü takip ettiğini ve bu şekilde devam ettiğini varsayalım; düz bir çizgi boyunca sonsuz sayıda molekül vardır. Diyelim ki, “neden” ne olursa olsun, birdenbire bu dinamik kalıbı takip etmeyen, yani çok nadiren de olsa “normal” yörüngeden çıkan bir molekül var; teknik olarak konuşursak, bunun "kararsız" olduğu söyleniyor. Bu istikrarsızlık türbülansın başlangıcıdır.; O andan itibaren, yörüngelerdeki değişiklikler mantıksal olarak birbirini takip eder, çünkü bir molekül diğerini yön değiştirmeye iter ve bu böyle devam eder. "neden" neden ilk etapta.
Moleküler yörüngeler çok, çok çeşitli olabilir: sıcaklık, basınç veya yoğunlukta çok ince değişiklikler, hatta kökeni bilinmeyen en yaygın olanlar bile
Daha sonra oluşan geometriye veya yapıya bağlı olarak, kararsızlık aşağıdaki adları alır:
- Kelvin-Helmholtz kararsızlığı: Hava veya su gibi sürekli bir akışkan içinde akışta veya farklı hızlarda hareket eden iki akışkanın veya aynı akışkanın iki katmanının ara yüzeyinde meydana gelebilir.
- Rayleigh-Taylor kararsızlığı: Üst atmosferden soğuk havanın "düşüşünde" (çöküş) veya inişinde önemlidir. Sıcak havanın "keskin" yükselişinde bile.
Viskozite
Viskozite muhtemelen iyi bilinmektedir çünkü herkes suyu bal veya lavla karşılaştırır, örneğin viskozitenin ne olduğunu çıkarsayarak. Başka bir açıdan düşünelim: Diyelim ki önde ve arkada araçların olduğu bir trafik ışığındayız; trafik ışığı yeşile döndüğünde, hareket etmek için biraz zamana ihtiyacımız var; o zaman: viskozite, her bir karşılıklı taşıyıcı arasındaki reaksiyon süresi (1/reaksiyon süresi); viskozite ne kadar yüksek olursa, reaksiyon süresi o kadar kısa olur; yani, tüm sıvılar birlikte veya birlikte hareket etme eğilimindedir.
Viskozite genellikle bir sıvıdaki moleküller arasındaki sürtünme kuvveti olarak düşünülür. Sürtünme ne kadar yüksek olursa, viskozite o kadar yüksek olur. Diğer şeylerin yanı sıra, bu kuvvet sınır tabakasının varlığının nedenidir: hava yüzeye ne kadar yakınsa, hızı o kadar düşük olur (aşağıdaki resimde kısa ok en yavaş hızı gösterir).
Örneğin, yamaç paraşütçüleri ve hatta uçak pilotları, rüzgar (tehlikeli bir şekilde) kuvvetli estiğinde alçalabileceklerini bilirler, çünkü ağaçlarla "aynı hizada" olmak, kuvvetlerini önemli ölçüde azaltır.
Daha önce bahsettiğimiz top örneğinden devam edersek, örneğin kanat üzerindeki hava akımı tamamen laminer ise ve sınır tabakası yoksa (ki zaten bildiğimiz viskozite yok demekle aynıdır), üst kısım arasındaki basınç farkı yoktur. ve kanadın alt kısmı, dolayısıyla asansör yok; uçak uçamaz; Bu kadar kolay. Uçmak tamamen imkansızdır, ama neyse ki yapışkanlık her zaman oradadır. Ayrıca viskozite olmadan kararsızlığa rağmen türbülansa neden olmazlar.
Düşük basınçla maddenin toplanması
Bir parçacık (bir hava molekülü gibi) düşük basınçtayken, basınçtaki değişimin yoğunluğa bölünmesiyle verilen bir ivme ile onu çeker. Yüksek basınçta tam tersi olur, iter veya iter.
Meteorolojide, yüksek basınç alanlarına antisiklon denirken, siklonlar veya fırtınalar (sadece özel durumlarda ekstratropik siklonlar) Bunlara alçak basınç bölgeleri denir.. Atmosferdeki tüm hava veya Dünya okyanuslarındaki tüm su, bu basınç farkları nedeniyle hareket eder. Basınç tüm özelliklerin anasıdır; aslında, diğer birçok değişken basınç değişikliklerini etkiler: yoğunluk, sıcaklık, viskozite, yerçekimi, Coriolis kuvvetleri, çeşitli ataletler, vb.; Aslında, bir hava molekülü hareket ettiğinde bunu yapar, çünkü ondan önceki molekül bir alçak basınç bölgesini terk etmiştir, bölge hemen dolmaya meyillidir.
Atmosfer veya okyanus gibi ortamlarda ortaya çıkan, belirli geometriler oluşturan nedenler veya istikrarsızlıklar gördük, bunlardan biri - bu çalışmanın konusu - sözde Von Karman girdapları. Şimdi, herhangi bir akışkanın tüm dinamiklerine müdahale eden nedenleri ve değişkenleri anladığımızda, bu çok özel geometriyi öğrenmeye hazırız.
Hava akımı herhangi bir yerde dolaştığında geometri, onun etrafında gelişir, kararsızlığa yol açar, daha önce gördüğümüz gibi, türbülans oluşturuyor; bu türbülansların pratikte sonsuz türleri ve biçimleri vardır; çoğu periyodik değildir; yani, zaman içinde tekrarlanmazlar. veya boşluk, ancak bazıları yapar. Bu, yukarıda bahsedilen Von Karman girdaplarının durumudur.
Çok özel hava hızı koşulları ve bir engel görevi gören nesnenin belirli boyutları altında oluşurlar.
Umarım bu bilgilerle Von Karman girdapları, özellikleri ve meteorolojideki önemi hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.