Тороидальный вихрь

Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии.

Необходимо проверить качество перевода и привести статью в соответствие со стилистическими правилами Википедии. Вы можете помочь улучшить эту статью, исправив в ней ошибки. Оригинал не указан. Пожалуйста, укажите его.

Тороидальный вихрь (Вихревое кольцо) — явление, при котором область вращающейся жидкости перемещается через ту же самую или другую область жидкости, когда картина течения принимает форму тороида или форму бублика. Примером этого явления является кольцо сигаретного дыма, выпускаемое курильщиком.

Открытие

Дымовые кольца, вероятно, наблюдались со времен античности, так как они могут быть сравнительно легко выпущены изо рта.

Вихревые кольца были впервые математически проанализированы немецким физиком Германом фон Гельмгольцем в его статье 1867 года «Об интегралах гидродинамических уравнений, которые выражают вихревые движения»^[1].

Вихреобразное кольцо и структура

Вихревые кольца микровзрыва.

Одним из способов создания вихревого кольца может быть нажатие сферической массой быстро движущейся жидкости А' в массе неподвижной жидкости B. А и B должны быть химически одной и той же жидкостью. Как только B попадает в шар А, он толкает внешние слои А с ним, а внутренние слои испытывают меньшее взаимодействие. Основная масса А формирует 'тень' пониженного давления за ним, и слой снимают на B начинает кривой круглого обратно в основной массе A. Это внутреннее изогнутыми поток инициирует вихрь, и разбивает его на кольцевой формы. Теперь B протекает как внутренняя и внешняя окружности бублика. Чем больше внешнего периметра вызывает чистый прокатки пончик из А.

Передний край шлейфа, который иногда называют «исходным шлейфом», как правило, имеет вихревую кольцевую структуру, равно как и кольца дыма. Движение изолированного вихревого кольца и взаимодействие двух или более вихрей обсуждаются, например, у автора учебника Батчелора^[2]

Для многих целей вихревое кольцо может быть аппроксимировано как наличие вихревого ядра небольшого сечения. Однако простое теоретическое решение, называется сферический вихрь Хилла,^[3], как известно, в которых вихрь распределяется внутри сферы (внутренние симметрии течения, однако до сих пор кольцевая). Такая структура или электромагнитный эквивалент был предложен в качестве объяснения внутренней структуры шаровой молнии. Например, Шафранов использовал магнитогидродинамических (МГД) аналогии с неподвижной жидкости Хилла механический вихрь рассмотреть условия равновесия осесимметричных конфигураций МГД, сводя задачу к теории стационарных потоков несжимаемой жидкости. В осевой симметрией, он считал общего равновесия для распределенных токов и заключенных под Теорема вириала, что если бы не было гравитации, ограниченная равновесной конфигурации могут существовать только при наличии азимутального тока.

Эффект вихревого кольца на вертолетах

The curved arrows indicate airflow circulation about the rotor disc. The helicopter shown is the RAH-66 Comanche.

Состояние Вихревого Кольца (VRS) является опасной ситуацией, встречающейся в полетах на вертолете. Это случается, когда во время полета происходят одновременно три вещи :

• высокая скорость снижения,
• скорость полета меньше, чем эффективная скорость поступательного подъема,
• и, когда вертолет использует большую часть имеющейся у него мощности несущего винта для направления воздушного потока вниз, чтобы создать подъемную силу, но с низкой горизонтальной скоростью полета. Режим вихревого кольца наступает, например, при резком торможении или при быстром вертикальном снижении, когда вертолет садится в собственную струю воздуха.

Тороид формы пути воздушного потока ограничивает дисковый нож, так как поток воздуха движется вниз через диск, то наружу, вверх, внутрь, а потом вниз через вершину снова. Эта рециркуляция потока может свести на нет большую часть подъемной силы и привести к катастрофической потере высоты. Конкретные на вихревое состояние кольца, что вертолет, работающий в своем собственном скос, по убыванию воздуха. Применение большей мощности (увеличение общего шага) служит для дальнейшего ускорения скос, через которую главный ротор по убыванию, усугубляя состояние.

В один ротор вертолета, VRS можно исправить путем перемещения циклический вперед, которое контролирует угол наклона лопасти, слегка качки носом вниз, а также создание полете вперед. В тандеме ротора вертолета, восстановление осуществляется через боковой циклические или вход педали. Для выхода из режима необходимо вывести вертолет из вихревой зоны «на чистый воздух».

Вихревые кольца в левом желудочке сердца

Одним из самых важных жидкостных явлений, наблюдаемые в левом желудочке во время сердечного релаксации (диастолы), является вихревое кольцо, которое развивается с сильным реактивным потоком, проходящим через митральный клапан. Наличие этих потоков структур, которые развиваются во время сердечной диастолы первоначально признанной в пробирке визуализации желудочков поток^[4][5] и впоследствии усилен на основании анализа на основе цветового допплеровского картирования (УЗИ)^[6][7] и Магнитно-резонансная томография.^[8][9] Некоторые недавние исследования^[10][11] также подтвердили наличие вихревого кольца во время быстрое заполнение фазы диастолы и предполагает, что процесс образования вихревых колец может повлиять на динамику митрального кольца .

Нестабильность

Своего рода азимутальная лучистая симметричная структура наблюдалась Maxworthy^[12], когда вихревое кольцо двигалось с критической скоростью, которая находится между турбулентным и ламинарным состояниями. Позже Хуан и Чан^[13] сообщили, что если начальное состояние вихревого кольца не идеально круглое, будет происходить нестабильность другого рода. Эллиптическое вихревое кольцо совершает колебания, при которых оно сначала растягивается в вертикальном и сжимается в горизонтальном направлениях, затем проходит через промежуточное состояние, где оно круглое, после чего деформируется в обратном порядке (растягивается в горизонтальном направлении и сжимается в вертикальном), прежде чем обратить вспять процесс и возвратиться к исходному состоянию.

Пример получения тороидального вихря в домашних условиях

При равномерном нагреве тонкого слоя силиконового масла, перемешанного с алюминиевыми хлопьями и разлитого на плоскости, можно получить тороидальные вихри, представляющие собой ячейки Бенара. Эти ячейки возникают за счет тепловой конвенции, идущей от равномерно нагретой медной плоской поверхности вверх через центр каждой ячейки и затем вниз по краям контакта со смежными ячейками. Ячейки образуют гексагональную (сотовую) структуру с регулярным шагом и плотно заполняют поверхность. Каждая ячейка является тороидальным вихрем, осью вращения которого находится по срединной окружности.

См. также

• Авиационная техника
• Воздушная базука
• Авторотация
• Кольцевые пузыри
• Экранный эффект
• Несущий винт
• Ядерный гриб
• Кольцо дыма
• Пистолет вихревого кольца
• Вихревого кольца игрушки

Примечания

1. ↑ Моффат, Кит (2008). «Vortex Dynamics: Наследие Гельмгольца и Кельвина». IUTAM симпозиум по гамильтоновой динамике вихревых структур, турбулентность 6: 1—10. DOI:10.1007/978-1-4020-6744-0_1.
2. ↑ Введение в динамику жидкости Бэтчелор Г. К., 1967, Cambridge UP
3. ↑ Хилл, MJM (1894), Фил. Trans. Рой. Soc. Лондон, Vol. 185, с. 213
4. ↑ Bellhouse, BJ, 1972, Механика жидкости модели митрального клапана и левого желудочка , сердечно-сосудистых исследований 6, 199—210.
5. ↑ Reul Х., Talukder, Н. Мюллер, В., 1981, Механика жидкости и газа природного митрального клапана, журнал биомеханики 14 361—372.
6. ↑ Ким, Вайоминг, Bisgaard Т., Nielsen, SL, Поульсен, JK, Педерсен, М., Hasenkam, JM, Yoganathan, А. П., 1994, Двумерные митральный поток профилей скорости в свиноводстве моделей с помощью доплеровского эхо эпикарда Кардиография, J Am Coll Cardiol 24, 532—545.
7. ↑ Vierendeels, Дж. Э. Дик и PR Verdonck гидродинамики цвета M-режиме доплеровского потока волн скорости V (р): компьютер исследования, J. Am. Soc. Echocardiogr. 15:219-224, 2002.
8. ↑ Ким, Вайоминг, Уокер, PG, Педерсен, М., Поульсен, JK, Oyre С., Houlind К. Yoganathan, А. П., 1995, левого желудочка кровотока модели в норме: количественный анализ трехмерного магнитного отображения резонанса скорость, J Am Coll Cardiol 26, 224—238
9. ↑ Килнер, PJ. Ян, GZ, Уилкс, AJ, Mohiaddin, RH, Firmin, DN, Якуб, MH, 2000, Асимметричная перенаправление потока через сердце, 404 природы, 759—761.
10. ↑ Kheradvar А., Милан, М., Гариб, М. корреляция между вихреобразования кольца и кольца митрального динамика во время желудочковой быстрое заполнение, ASAIO Journal, январь-февраль 2007 53 (1): 8-16.
11. ↑ Kheradvar А., Гариб, М. Влияние желудочка давлением падение на митрального кольца динамика в процессе вихреобразования кольцо, Энн Biomed Eng. 2007 декабрь;. 35 (12) :2050-64
12. ↑ Maxworthy, TJ (1972), Структура и стабильность вихревого кольца, механика жидкости. Том 51, с. 15
13. ↑ Хуан Дж. Чан, K.T. (2007) Dual-Волнообразные Нестабильность в вихревых колец, Proc. Пятый IASME / WSEAS Int. Конф. Fluid Mech. И Aerodyn., Греция

Ссылки

• Расчет вертолетного винта и Tilt-роторы. Выход из состояния вихревого кольца
• видео возможной аварии вертолета при образовании тороидального вихря
• YouTube видео. Пушка вихревого кольца
• ТУРБУЛЕНТНОСТЬ, ВИХРИ И ЖГУТЫ.Юрий Кочетков
• Необычные тороидальные вихри. Видео. Дельфины, киты, вулкан