冯卡门漩涡

冯卡门漩涡

湍流不仅存在于自然界中,不管你怎么看,它在许多情况下都是非常必要的:更好地混合不同的流体(这就是我们摇动咖啡和牛奶来混合它们的原因),或者在它们之间产生更大的热传递液体(我们还摇晃咖啡以使其更快冷却)等。 在气象学中它们也存在并被称为 冯卡门漩涡.

在本文中,我们将解释您需要了解的有关 Von Karma 自卸卡车的所有信息、它们的特性和重要性。

Von Karma 涡旋特性

一排排漩涡

首先,我们必须知道定义流体及其动力学的属性。 密度、压力或温度是我们或多或少都知道的变量。 基于它们及其影响,可以解释流体的任何运动或动力学,无论它可能多么复杂:

不稳定

气象学中的冯卡门涡旋

想象一股气流撞击球体; 如果空气速度低,我们会发现空气在球周围和后面“平稳”移动; 这个背部也被称为水流的“下游”或“尾部”。

在这种情况下,流动称为层流,也就是说:涡流或通常称为湍流不被欣赏,事实是没有湍流一切都会很无聊,事实上即使是 Navier-Stokes 方程也可以应用在心理学、人群控制或体育场等行人疏散系统的设计,如果没有湍流,一切都会变得更容易。

现在假设每个空气分子都跟随另一个空气分子,依此类推; 沿着一条平滑线有无数个分子。 让我们想象一下,无论出于什么“原因”,突然有一个分子不遵循这种动态模式,也就是说,它离开了“正常”轨迹,尽管很少见; 从技术上讲,据说发生“不稳定”。 这种不稳定是动荡的开始; 从那一刻起,轨迹的变化在逻辑上相互跟随,因为一个分子推动另一个分子改变方向,依此类推。 “原因”首先是为什么。

分子轨迹可以非常非常多样化:温度、压力或密度的非常细微的变化,甚至是最常见的来源不明的变化

根据接下来形成的几何或结构,不稳定性有以下名称:

  • 开尔文-亥姆霍兹不稳定性: 它可以发生在空气或水等连续流体的流动中,也可以发生在两种流体或以不同速度运动的两层相同流体的界面处。
  • 瑞利-泰勒不稳定性: 在冷空气从高层大气“下降”(塌陷)或下降中很重要。 即使在热空气“急剧”上升的情况下。

黏度

粘度可能是众所周知的,因为每个人都将水比作蜂蜜或熔岩,例如,推断粘度是什么。 我们换个角度想象一下:假设我们在一个红绿灯处,前后有车辆; 当红绿灯变绿时, 我们需要一些时间搬家; 则:粘度为各倒数载体之间的反应时间(1/反应时间); 粘度越高,反应时间越短; 也就是说,所有流体都倾向于一致或一起移动。

粘度通常被认为是流体中分子之间的摩擦力。 摩擦力越高,粘度越高。 除其他外,这种力是边界层存在的原因:空气越靠近地表,其速度越低(下图中,短箭头表示速度最慢)。

例如,滑翔伞甚至飞机飞行员都知道,当风(危险地)强时,他们可以下降,因为与树木“齐平”会大大降低他们的力量。

继续我们前面提到的球的例子,例如,如果机翼上空的气流是完全层流的,并且没有边界层(我们已经知道这和说没有粘性是一样的),那么就没有顶部之间的压力和机翼底部,所以没有升力; 飞机不能飞; 就这么简单。 飞行是完全不可能的,但幸运的是粘性始终存在。 此外,如果没有粘度,尽管不稳定,它们也不会引起湍流。

通过低压聚集物质

大气奇观

当一个粒子(例如空气分子)处于低压时,它会以由压力变化除以密度给出的加速度吸引它。 在高压下会发生相反的情况,它会排斥或推动。

在气象学上 高压区域称为反气旋,而气旋或风暴 (温带气旋仅在特殊情况下) 它们被称为低压区。. 由于这些压力差,大气中的所有空气或地球海洋中的所有水都会移动。 压力是一切属性之母; 事实上,影响压力变化的还有很多其他变量:密度、温度、粘度、重力、科里奥利力、各种惯性等; 事实上,当一个空气分子移动时,它这样做是因为它之前的分子已经离开了一个低压区域,该区域往往会立即充满

我们已经看到了在大气或海洋等介质中出现的原因或不稳定性,形成了某些几何形状,其中之一——这项工作的主题——是所谓的冯卡门涡旋。 现在,一旦我们了解了干扰任何流体的所有动力学的原因和变量,我们就可以了解这种非常具体的几何形状了。

当气流围绕任何 几何,围绕它演化,导致不稳定,正如我们已经看到的,形成湍流; 这些湍流实际上有无限的类型和形式; 它们中的大多数不是周期性的; 也就是说,它们不会在时间上重复。 或空间,但有些人这样做。 这就是前面提到的冯卡门涡旋的情况。

它们在非常特定的空速条件和作为障碍物的物体的某些尺寸下形成。

我希望通过这些信息,您可以更多地了解冯卡门涡旋、它们的特征以及在气象学中的重要性。


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