Sự hỗn loạn không chỉ tồn tại trong tự nhiên, dù bạn nhìn nó nhưng nó rất cần thiết trong nhiều trường hợp: để trộn các chất lỏng khác nhau tốt hơn (đó là lý do tại sao chúng ta lắc cà phê và sữa để trộn chúng), hoặc để tạo ra sự truyền nhiệt lớn hơn giữa chất lỏng (chúng tôi cũng lắc cà phê để cà phê nguội nhanh hơn), v.v. Trong khí tượng học, chúng cũng tồn tại và được gọi là Von Karman xoáy.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích mọi thứ bạn cần biết về xe ben Von Karma, đặc điểm và tầm quan trọng của chúng.
Đặc tính xoáy của Von Karma
Để bắt đầu, chúng ta phải biết các đặc tính xác định chất lưu và động lực học của nó. Mật độ, áp suất hoặc nhiệt độ là những biến số mà chúng ta ít nhiều đều biết. Dựa trên chúng và tác dụng của chúng, bất kỳ chuyển động hoặc động lực học nào của chất lưu đều có thể được giải thích, tuy nhiên nó có thể phức tạp như sau:
Sự bất ổn
Hãy tưởng tượng một luồng không khí va vào một quả cầu; nếu tốc độ không khí thấp, chúng ta thấy rằng không khí chuyển động "trơn tru" xung quanh và phía sau quả bóng; phần lưng này còn được gọi là phần "hạ lưu" hay "phần đuôi" của dòng nước.
Trong trường hợp này dòng chảy được gọi là tầng, nghĩa là: dòng xoáy hay gọi chung là sóng gió không được đánh giá cao, sự thật là nếu không có dòng chảy nhiễu loạn thì mọi thứ sẽ trở nên nhàm chán, trên thực tế, ngay cả các phương trình Navier-Stokes cũng có thể ứng dụng trong tâm lý học, kiểm soát đám đông hoặc thiết kế hệ thống sơ tán người đi bộ trong các sân vận động, v.v., mọi thứ sẽ dễ dàng hơn nếu không có sóng gió.
Bây giờ, giả sử rằng mỗi phân tử không khí theo sau một phân tử không khí khác, và cứ thế; có vô số phân tử dọc theo một đường trơn. Chúng ta hãy tưởng tượng rằng, vì bất cứ "lý do" gì, đột nhiên có một phân tử không tuân theo mô hình động này, tức là nó rời khỏi quỹ đạo "bình thường", mặc dù rất hiếm khi xảy ra; về mặt kỹ thuật, nó được cho là xảy ra "không ổn định". Sự bất ổn này là khởi đầu của sự hỗn loạn; Kể từ thời điểm đó, những thay đổi trong quỹ đạo tuân theo nhau một cách hợp lý, vì một phân tử này đẩy phân tử kia đổi hướng, v.v. "lý do" tại sao ở vị trí đầu tiên.
Quỹ đạo phân tử có thể rất, rất đa dạng: những thay đổi rất tinh vi về nhiệt độ, áp suất hoặc mật độ, ngay cả những thay đổi phổ biến nhất không rõ nguồn gốc.
Tùy thuộc vào dạng hình học hoặc cấu trúc hình thành tiếp theo, sự mất ổn định nhận được các tên sau:
- Kelvin-Helmholtz không ổn định: Nó có thể xảy ra trong dòng chảy bên trong một chất lỏng liên tục như không khí hoặc nước, hoặc tại mặt phân cách của hai chất lỏng hoặc hai lớp của cùng một chất lỏng chuyển động với tốc độ khác nhau.
- Sự bất ổn định Rayleigh-Taylor: Quan trọng trong sự "sụp đổ" (sụp đổ) hoặc đi xuống của không khí lạnh từ tầng trên của bầu khí quyển. Ngay cả trong sự gia tăng "mạnh mẽ" của không khí nóng.
Độ nhớt
Độ nhớt có lẽ được nhiều người biết đến bởi vì mọi người đều so sánh nước với mật ong hoặc dung nham, chẳng hạn để suy ra độ nhớt là gì. Hãy hình dung ở một góc độ khác: Giả sử chúng ta đang ở một cột đèn giao thông với các phương tiện phía trước và phía sau; khi đèn giao thông chuyển sang màu xanh lá cây, chúng tôi cần một thời gian để di chuyển; thì: độ nhớt là thời gian phản ứng giữa mỗi chất mang nghịch chuyển (1 / thời gian phản ứng); độ nhớt càng cao thì thời gian phản ứng càng ngắn; nghĩa là, tất cả các chất lỏng có xu hướng chuyển động đồng thời hoặc cùng nhau.
Độ nhớt thường được coi là lực ma sát giữa các phân tử trong chất lỏng. Ma sát càng cao thì độ nhớt càng cao. Trong số những thứ khác, lực này là lý do tồn tại của lớp ranh giới: không khí càng gần bề mặt, tốc độ của nó càng giảm (trong hình dưới đây, mũi tên ngắn cho biết tốc độ chậm nhất).
Ví dụ, người chơi dù lượn và thậm chí cả phi công máy bay đều biết rằng khi gió thổi mạnh (nguy hiểm), họ có thể hạ xuống, bởi vì bị “dội” vào cây làm giảm lực của họ đáng kể.
Tiếp tục với ví dụ về quả bóng mà chúng tôi đã đề cập trước đó, chẳng hạn, nếu luồng không khí qua cánh là hoàn toàn thành lớp và không có lớp ranh giới (mà chúng ta đã biết cũng giống như nói không có độ nhớt), thì không có sự khác biệt áp suất giữa phần trên. và đáy của cánh, vì vậy không có lực nâng; máy bay không bay được; nó là dễ dàng. Đi máy bay là điều hoàn toàn không thể, nhưng may mắn là độ dính luôn ở đó. Ngoài ra, không có độ nhớt, chúng sẽ không gây ra sự hỗn loạn mặc dù không ổn định.
Tổng hợp vật chất bằng áp suất thấp
Khi một hạt (chẳng hạn như một phân tử không khí) ở áp suất thấp, nó hút nó với một gia tốc cho bởi sự thay đổi áp suất chia cho mật độ. Với áp suất cao, điều ngược lại xảy ra, nó đẩy hoặc đẩy.
Trong khí tượng học, các khu vực có áp suất cao được gọi là antyclones, trong khi lốc xoáy hoặc bão (xoáy thuận ngoại nhiệt đới chỉ trong những trường hợp đặc biệt) Chúng được gọi là vùng áp suất thấp.. Tất cả không khí trong bầu khí quyển hoặc tất cả nước trong các đại dương trên Trái đất đều chuyển động do sự chênh lệch áp suất này. Áp lực là mẹ của tất cả các tài sản; trên thực tế, nhiều biến số khác ảnh hưởng đến sự thay đổi áp suất: mật độ, nhiệt độ, độ nhớt, trọng lực, lực Coriolis, các trơ khác nhau, v.v ...; Trong thực tế, khi một phân tử không khí chuyển động, nó làm như vậy vì phân tử đứng trước nó đã rời khỏi một vùng có áp suất thấp, vùng đó có xu hướng đầy lên ngay lập tức.
Chúng tôi đã thấy những nguyên nhân hoặc sự bất ổn phát sinh trong các phương tiện truyền thông như khí quyển hoặc đại dương, tạo thành một số hình học nhất định, một trong số chúng - chủ đề của công trình này - là cái gọi là xoáy thuận Von Karman. Bây giờ, một khi chúng ta hiểu được nguyên nhân và các biến số cản trở tất cả các động lực học của bất kỳ chất lỏng nào, chúng ta đã sẵn sàng tìm hiểu về hình học rất cụ thể này.
Khi luồng không khí lưu thông xung quanh bất kỳ hình học, phát triển xung quanh nó, dẫn đến sự không ổn định, như chúng ta đã thấy, hình thành nhiễu động; những sóng gió này thực tế có vô số kiểu và dạng; hầu hết chúng không theo định kỳ; có nghĩa là, chúng không được lặp lại trong thời gian. hoặc dấu cách, nhưng một số thì có. Đây là trường hợp của các xoáy thuận Von Karman nói trên.
Chúng hình thành trong các điều kiện vận tốc rất cụ thể và các kích thước nhất định của vật thể đóng vai trò như một chướng ngại vật.
Tôi hy vọng rằng với những thông tin này, bạn có thể tìm hiểu thêm về xoáy Von Karman, đặc điểm và tầm quan trọng của chúng trong khí tượng học.