Vortex (hydrodynamik)

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 19 augusti 2020; verifiering kräver 1 redigering .

Virvel

Mediafiler på Wikimedia Commons

En virvel är en typ av kontinuerligt mediumflöde.

Det är ett speciellt flöde där flödet roterar runt en tänkt axel, rak eller krökt. Denna typ av rörelse kallas virvel.

Vortexrörelser är utbredda i vätskor, gasformiga medier och i plasma - rökringar, virvlar i floder, till exempel, orsakade av åror vid rodd, speciella kraftiga vindar - tornados och tornados , etc. Virvlar bildar flygande plan, passerande bilar, virvlar går ner från vindblåsta byggnader, virvlar ger upphov till signaturdrag i planetariska atmosfärer, som Jupiters stora röda fläck , den gigantiska hexagonen vid Saturnus pol . Cirkulationen i havet presenterar också ett system av virvlar. Atmosfärens allmänna cirkulation är inget annat än ett självorganiserat system av cirkulationsceller - virvlar i vertikala och horisontella plan. Och solsystemet och spiralgalaxerna är alla virvlar.

Virvlar är huvudkomponenten i turbulent flöde . I frånvaro av yttre krafter och termisk inhomogenitet kommer viskös friktion i en vätska som regel att släcka virvlarna med tiden.

I en virvel är flödeshastigheten störst nära virvelaxeln och minskar i omvänd proportion till avståndet från den. Virveln ( hastighetsrotorn ) är mycket hög i området kring axeln och nästan noll i resten av virveln; medan trycket sjunker kraftigt när det närmar sig axeln. När de väl har bildats kan virvlar röra sig och interagera i komplexa relationer. En rörlig virvel bär på lite energi och massa. I en stationär virvel är strömlinjerna stängda. I rörliga eller utvecklande virvlar tenderar strömlinjer att bilda spiraler.

Matematisk modell

Vorticiteten ger kvantitativa egenskaper hos virvelrörelsen : - rotor $\operatorname {rot} \mathbf {V} =[\nabla ,\mathbf {V} ]=\left|{\begin{matrix}\mathbf {e} _{x}&\mathbf {e} _ {y}&\mathbf {e} _{z}\\{\frac {\partial }{\partial x))&{\frac {\partial }{\partial y))&{\frac {\partial } {\partial z}}\\V_{x}&V_{y}&V_{z}\\\end{matris}}\right|$

Styv som rörelse: virvel överallt

{\vec {\omega }}_{vorticity}={\frac {v_{\theta }}{r}}+{\frac {dv_{\theta }}{dr}}=2{\vec {\omega }}_{ang.velocity}

Isolerad virvel: virvel endast i mitten, inga andra punkter i flödesfältet

{\vec {\omega }}_{vorticity}={\frac {v_{\theta }}{r}}+{\frac {dv_{\theta }}{dr}}=0

Se även

Litteratur

Villa G. Theory of Vortex. Översättning från franska. M.-L.: ONTI, 1936. - 251 sid.
Batchelor J. , Moffat G., Saffman F. et al. Modern fluid dynamics. Framgångar och problem: Per. från engelska. 1984.- 504 sid.