Von Karmanovi vrtinci

  • Von Karmanovi vrtinci so ključni za razumevanje turbulenc v tekočinah, kot sta zrak in voda.
  • Nestabilnost v zračnih tokovih lahko povzroči turbulenco in je bistvena za let letala.
  • Tlačne razlike v ozračju povzročajo ciklone in anticiklone, ki vplivajo na kroženje zraka.
  • Viskoznost tekočine vpliva na njeno dinamiko in je bistvena za vzgon letala.

von karmanovi vrtinci

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 vam bomo razložili vse, kar morate vedeti o prekucnikih Von Karman, njihovih značilnostih in pomenu.

Lastnosti Von Karma vorteksa

vrstice vrtincev

Za začetek moramo poznati lastnosti, ki določajo 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

von karmanovi vrtinci v meteorologiji

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, to je: ni videti vrtincev ali splošno imenovane turbulence, resnica je, da bi bilo brez turbulence vse dolgočasno; Pravzaprav imajo lahko celo Navier-Stokesove enačbe aplikacije v psihologiji, nadzoru množic ali načrtovanju sistemov za evakuacijo pešcev na stadionih itd. Vse je 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 trajektorije 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

atmosferski spektakel

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 ozračju ali vsa voda v zemeljskih oceanih se premika zaradi teh razlik v tlaku. Tlak je mati vseh lastnosti; Pravzaprav veliko drugih spremenljivk vpliva na spremembe tlaka: gostota, temperatura, viskoznost, gravitacija, Coriolisove sile, različne vztrajnosti itd.; Pravzaprav, ko se molekula zraka premakne, se to zgodi zato, ker je molekula pred njo zapustila območje nizkega tlaka, območje 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, ki tvori turbulenco; Te turbulence imajo praktično neskončno število vrst in oblik; Večina jih ni periodičnih; Se pravi, da se ne ponavljajo v času ali prostoru, nekateri pa se. To je primer zgoraj omenjenih Von Karmanovih vrtincev.

tok potoka
Povezani članek:
Atmosferski mejni sloj: dinamika in pomen v sodobni meteorologiji

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.


Pustite svoj komentar

Vaš e-naslov ne bo objavljen. Obvezna polja so označena z *

*

*

  1. Za podatke odgovoren: Miguel Ángel Gatón
  2. Namen podatkov: Nadzor neželene pošte, upravljanje komentarjev.
  3. Legitimacija: Vaše soglasje
  4. Sporočanje podatkov: Podatki se ne bodo posredovali tretjim osebam, razen po zakonski obveznosti.
  5. Shranjevanje podatkov: Zbirka podatkov, ki jo gosti Occentus Networks (EU)
  6. Pravice: Kadar koli lahko omejite, obnovite in izbrišete svoje podatke.