Концентрированный вихрь
Cтраница 1
Концентрированные вихри проявляются и па астрофизическом уровне. [1]
Необходимость описания концентрированных вихрей в одной книге обусловлена не только и не столько отсутствием подобных изданий, сколько важностью рассматриваемого вопроса с различных точек зрения. Понятие вихревой нити относится к фундаментальным понятиям гидродинамики. [2]
Однако в случае концентрированных вихрей ( вихревых нитей), наоборот, размер ядра обычно много меньше любых других линейных масштабов - радиуса кривизны нити при ее деформации, длины волны и амплитуды возмущений, размеров внешних тел и каналов. Вследствие сильной нелинейности прямой расчет динамики деформированных вихревых нитей выглядит довольно безнадежной задачей. В такой постановке приходится применять приближенные методы, справедливые для тонких вихревых нитей. [3]
Перечисленные характерные свойства реальных концентрированных вихрей демонстрируют сложность и многообразие их поведения, что влечет за собой большие трудности как при математическом описании, так и экспериментальном исследовании. В связи с этим теории концентрированных вихрей базируются преимущественно па приближенных математических моделях. Наиболее распространенный подход к описанию динамики деформированного протяженного вихря заключается в применении закона Био - Савара с использованием приближения топкой вихревой нити, хотя слабовозмущенные состояния колоннообразного вихря можно рассчитать относительно просто аналитическими или численными методами на основе точных уравнений Эйлера или Навье - Стокса. Что касается эксперимента, то существует ограниченное количество работ, где получены результаты по устойчивости и динамике концентрированных вихрей, приемлемые для детальной проверки теоретических моделей. [4]
Закрученное течение с концентрированным вихрем на оси цилиндрического сосуда образуется путем вращения диска в донной области с угловой скоростью Q. В верхней части может быть как свободная поверхность жидкости, так и неподвижная крышка. В ряде экспериментов использовалась вращающаяся верхняя крышка, а нижняя была неподвижна или допускалось вращение обеих крышек сразу. Физический механизм возникновения движения жидкости в таких системах имеет двоякое происхождение. Вопрос о его образовании полностью не ясен до сих пор. [6]
Подавление турбулентности в ядрах концентрированных вихрей / / Журн. [7]
Важную и даже определяющую роль концентрированные вихри играют и в технике. Так, в вихревом расходомере именно по частоте прецессии концентрированного вихря в закрученном потоке определяют расход жидкости. Возникновение прецессирующего вихревого жглта за рабочим колесом гидротурбины вызывает интенсивные пульсации давления, что может привести к катастрофическим последствиям. Сложные вихревые структуры обнаружены в вихревой трубке Ранка - Хилша ( см. рис. В. [8]
Как продемонстрировано во Введении, концентрированные вихри наблюдаются в самых разнообразных устройствах и при самых различных условиях. В экспериментальном плане их удобнее всего изучать в вихревы камерах с регулируемыми геометрическими и режимными параметрами. Всякая вихревая камера состоит из собственно рабочего объема и закручивающего устройства. Но часто закрутка потока осуществляется непосредственнс в рабочем объеме. [9]
Масштаб гт обычно отождествляют с радиусом концентрированного вихря. Наиболее примечательным фактом является совпадение значений гт и г0 5 - Это означает, что радиус вихря можно определять по точке, в которой давление равно половине полного перепада давления. Такой же вывод следует из проведенного выше анализа теоретических моделей. [10]
Огромная сложность в математическом описании динамики концентрированных вихрей состоит в необходимости учета трехмерных и нелинейных эффектов, сингулярности, разнообразных неустойчивостей. Для каждой конкретной задачи пришлось использовать самые различные системы координат и уравнений, поэтому авторы сочли необходимым начать изложение книги с описания основных законов вихревого движения и выписать подробно уравнения движения несжимаемой жидкости в различных системах координат ( глава 1), хотя эти сведения можно найти и в других книгах по гидродинамике. [11]
В огромном многообразии вихревых движений отчетливо выделяются концентрированные вихри, которые привлекают повышенный интерес с точки зрения как фундаментальных исследований, так и практики. В литературе не дается строгого определения концентрированных вихрей, как, впрочем, и вообще понятия вихря. Достаточно четкое определение концентрированного вихря можно дать для случая идеальной жидкости: это локализованная в пространстве область с ненулевой завихренностью, окруженная потенциальным течением. По таким определением, конечно, не исчерпывается наблюдаемое множество вихревых явлений. Мы будем пользоваться скорее интуитивным представлением, подразумевая под концентрированными вихрями такие вихревые движения, когда завихренность сосредоточена в пространственно локализованных областях с локализацией, по крайней мере, в одном измерении. Более сложные объекты - колоннообразный вихрь типа вихря Рэнкина ( постоянная завихренность в ядре конечного радиуса), телесное вихревое кольцо, вихрь Хилла, вихрь Хикса - имеют ненулевой объем области, где завихренность отлична от нуля. [12]
Данный феномен проявляется во внезапном отклонении оси концентрированного вихря от первоначального направления или в резком утолщении ядра вихря с образованием зон возвратного движения. Классические примеры распада вихря приведены на рис. В. Наблюдается множество типов распада, но преобладают пузырьковый ( рис. В. [13]
Среди природных явлений, имеющих отношение к концентрированным вихрям, несомненно, следует назвать смерчи ( или торнадо, см. цв. Такие макромасштабные явления, как океанические вихри или атмосферные циклоны ( антициклоны), тоже относятся к концентрированным вихрям. Но их масштабы сопоставимы ( и больше) с толщиной слоя атмосферы ( океана), вследствие чего их описание имеет свою специфику. [14]
В литературе отсутствуют монографии, специально посвященные протяженным концентрированным вихрям. [15]
Страницы: 1 2 3