к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Вихревое движение

Вихревое движение - движение жидкости или газа, при котором мгновенная скорость вращения элементарных объёмов среды не равна всюду тождественно нулю. Количественной мерой завихренности служит вектор 1119915-90.jpg, где 1119915-91.jpg - скорость жидкости; 1119915-92.jpg называется вектором вихря или просто завихренностью.

Эквивалентной мерой завихренности, более удобной в теоретических построениях, является антисимметричная часть тензора градиента скорости 1119915-93.jpg В декартовых координатах x1, х2, x3 связь компонент вектора 1119915-94.jpg и тензора 1119915-95.jpg даётся выражениями

1119915-96.jpg

Движение называется безвихревым или потенциальным, если 1119915-97.jpg=0, в противном случае имеет место вихревое движение, возможно, наряду с потенциальным.

Векторное поле вихря удобно характеризовать некоторыми геометрическими образами. Вихревой линией называется линия, касательная к которой в каждой точке направлена по вектору вихря; совокупность вихревых линий, проходящих через замкнутую кривую, образует вихревую трубку. Поток вектора вихря через любое сечение вихревой трубки одинаков; он называется интенсивностью вихревой трубки и равен циркуляции скорости Г по произвольному контуру С, однократно охватывающему вихревую трубку (рис. 1),

1119915-98.jpg

За редкими исключениями движение жидкости или газа почти всегда содержит вихревую компоненту. Так, вихревым является ламинарное течение в круглой трубе, когда скорость распределена по параболическому закону (рис. 2), течение в пограничном слое при плавном обтекании тела и в следе за плохообтекаемым телом, вихревой характер носит любое турбулентное течение. В этих условиях выделение класса вихревых движений оказывается осмысленным, благодаря тому, что при преобладании инерционных сил над вязкими (при очень больших числах Рейнольдса Re) типична локализация завихренности в обособленных массах жидкости - вихрях или вихревых зонах. Примерами вихрей в природе являются смерчи, циклоны: в океанах, в частности, "ринги" Гольфстрима; в атмосферах планет, например, Большое Красное пятно Юпитера, которое представляет собой гигантский вихрь диаметром около 25000 км.

Вихревая трубка

Рис. 1. Вихревая трубка; 1 - вихревая линия.

ращение элемента жидкости при ламинарном
движении в круглой трубе

Рис. 2. Вращение элемента жидкости при ламинарном движении в круглой трубе.

Согласно классическим теоремам Гельмгольца, в предельном случае движения невязкой жидкости, плотность которой постоянна или зависит только от давления (в предположении баротропии), в потенциальном силовом поле вихревые линии вморожены в среду, т. е. в процессе движения они состоят из одних и тех же частиц жидкости - являются материальными линиями. Вихревые трубки при этом также оказываются вмороженными в среду, а их интенсивность сохраняется в процессе движения. Сохраняется также циркуляция скорости по любому контуру, состоящему из одних и тех же частиц жидкости (теорема Кельвина). В частности, если при движении область, охватываемая данным контуром, сужается, то интенсивность вращат. движения внутри него возрастает. Это важный механизм концентрации завихренности, реализующийся при вытекании жидкости из отверстия в дне сосуда ("ванны"), при образовании водоворотов вблизи нисходящих потоков в реках и определяющий образование циклонов и тайфунов в зонах пониженного атм. давления, в к-рые происходит подтекание ("конвергенция") воздушных масс.

В жидкости, находившейся в состоянии покоя или потенц. движения, вихри возникают либо из-за нарушения баротропии, напр. образование кольцевых вихрей при подъёме нагретых масс воздуха - "термиков" (рис. 3), либо из-за взаимодействия с твёрдыми телами.

Если обтекание тела происходит при больших Re, завихренность порождается в узких зонах проявления вязких эффектов - в пограничном слое, а затем сносится в осн. поток, где формирует отчётливо видимые вихри, некоторое время эволюционирующие и сохраняющие свою индивидуальность. Особенно эффектно это проявляется в образовании за плохообтекаемым телом регулярной вихревой дорожки Кармана (рис. 4). Вихреобразование в следе за плохообтекаемым телом определяет осн. часть лобового сопротивления тела, а образование вихрей у концов крыльев летат. аппаратов вызывает дополнительное, т. н. индуктивное сопротивление.

1119915-101.jpg

Рис. 3. Образование кольцевого вихря при подъёме термика.

При анализе динамики вихрей и их взаимодействия с внешним безвихревым потоком часто используется модель сосредоточенных вихрей - вихревых нитей, представляющих собой вихревые трубки конечной интенсивности, но бесконечно малого диаметра. Вблизи вихревой нити жидкость движется относительно неё по окружностям, причём индуцированная скорость обратно пропорциональна расстоянию от нити,индуцированная скорость обратно пропорциональная расстоянию от нити Если ось нити прямолинейна, это выражение верно для любых расстояний от нити ("потенциальный вихрь"). В сечении нормальной плоскостью это течение соответствует точечному вихрю. Система точечных вихрей образует консервативную динамич. систему с конечным числом степеней свободы, во многом аналогичную системе взаимодействующих частиц. Сколь угодно малое возмущение первоначально прямолинейных вихревых нитей приводит к их искривлению с бесконечными скоростями. Поэтому в расчётах их заменяют вихревыми трубками конечной завихренности. Узкая область завихренности, разделяющая две протяжённые области безвихревого движения, моделируется с помощью понятия

вихревая пелена - поверхность, выстланная вихревыми нитями бесконечно малой интенсивности, так что суммарная их интенсивность на единицу длины по нормали к ним вдоль поверхности постоянна.
Вихревая поверхность - представляет собой поверхность разрыва касат. компонент скорости; она неустойчива по отношению к малым возмущениям.

1119915-102.jpg

Рис. 4. Фотография вихревой дорожки Кармана за движущимся цилиндром.


В вязкой жидкости происходит выравнивание - "диффузия" локализованной завихренности, причём скорость диффузии определяет кинематическая вязкость жидкости кинематическая вязкость жидкости, имеющая размерность циркуляции скорости [m2/s]. При этом эволюция завихренности определяется уравнением

1119915-105.jpg

При больших Re движение турбулизуется, и "диффузия завихренности" определяется много большим коэффициентом эффективной турбулентной вязкости, не являющимся константой жидкости и сложным образом зависящим от характера движения. Ввиду того, что крупные вихри в значительной мере определяют перенос на большие расстояния примеси в атмосфере и океане, динамика турбулентных вихрей - одна из наиболее интенсивно изучаемых нерешённых задач гидродинамики.

Литература по вихревым движениям

  1. Кочин H. E., Кибель И. A., Pозе H. В., Теоретическая гидромеханика, 6 изд., ч. 1, M., 1963;
  2. Седов Л. И., Механика сплошной среды, т. 1-2, 4 изд., M., 1983-84;
  3. Лаврентьев M. А., Шабат Б. В., Проблемы гидродинамики и их математические модели, 2 изд., M., 1977;
  4. Бэтчелор Дж., Введение в динамику жидкости, пер. с англ., M., 1973.

В. M. Ентов.

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что в 1974 - 1980 годах профессор Стефан Маринов из г. Грац, Австрия, проделал серию экспериментов, в которых показал, что Земля движется по отношению к некоторой космической системе отсчета со скоростью 360±30 км/с, которая явно имеет какой-то абсолютный статус. Естественно, ему не давали нигде выступать и он вынужден был начать выпуск своего научного журнала "Deutsche Physik", где объяснял открытое им явление. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 25.01.2021 - 18:00: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
25.01.2021 - 07:49: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
25.01.2021 - 06:27: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александра Флоридского - Карим_Хайдаров.
25.01.2021 - 05:48: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
24.01.2021 - 11:45: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
23.01.2021 - 12:06: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
23.01.2021 - 09:08: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ФАЛЬСИФИКАЦИЯ ИСТОРИИ - Карим_Хайдаров.
23.01.2021 - 08:03: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
23.01.2021 - 06:26: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Анны ван Дэнски - Карим_Хайдаров.
22.01.2021 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Амары Ельской - Карим_Хайдаров.
22.01.2021 - 13:40: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
20.01.2021 - 17:39: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Проблема народного образования - Карим_Хайдаров.
Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution