Wir (dynamika płynów)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Wir ukazany kolorowym dymem, a utworzony przez startujący samolot

Wir (ang. vortex) - jednospójny obszar płynu, w którym wektor rotacji prędkości płynu jest różny od zera, ma ten sam kierunek i zwrot w każdym punkcie pola. Taki wir zapisać można w postaci:

gdzie

  • - wektor prędkości płynu.
  • - dowolna para punktów w obszarze wiru

Równanie powyższe opisuje wir płaski. Istnieją ponadto przestrzenne struktury wirowe, np. wir toroidalny tworzący się w obszarze krótkiego, ostrokrawędzistego rozszerzenia rury.

W obszarze wiru wektor prędkości kątowej płynu jest różny od zera, prostopadły do płaszczyzny wiru i wyraża się on wzorem:

Przykłady wirów:

  • płaski wir punktowy w cieczy nielepkiej:

gdzie - intensywność wiru, - wersor rotacyjny biegunowego układu współrzędnych;

  • wir Lamba, (początkowo punktowy wir w cieczy lepkiej)

W rzeczywistych wirach występujących w przyrodzie prędkość kątowa (a zatem i rotacja prędkości) nie jest na ogół stała, lecz jej wartość zmniejsza się stopniowo wraz z odległością od centrum wiru.

Linie prądu w obszarze wiru płaskiego tworzą krzywe zamknięte. W warunkach przepływu stacjonarnego poruszają się po nich cząstki płynu.

Wiry występują powszechnie w przepływach płynów rzeczywistych. Można je zaobserwować bezpośrednio w obszarze oderwania warstwy granicznej. W sprzyjających sytuacjach tworzyć mogą ścieżki wirowe. W przepływach laminarnych wiry mają często charakter stabilnych struktur koherentnych.

Istnienie kaskady wirów o rozmaitych skalach charakterystyczne jest dla przepływu turbulentnego. Jednakże w turbulencji pojedyncze duże wiry są na ogół niestabilne i szybko ulegają przekształceniu w mniejsze struktury wirowe.

Wiry obserwuje się :

  • podczas laminarnych i turbulentnych przepływów płynów rzeczywistych,
  • wokół końców skrzydeł samolotów (tzw. wir podkowiasty),
  • w pewnej odległości od krawędzi spływu skrzydeł ptaków i samolotów,
  • od strony zawietrznej opływanych ciał stałych (samochodów, statków, pocisków),
  • w wielu zjawiskach atmosferycznych (tornada, chmury kłębiaste),
  • podczas wybuchu bomby atomowej w tzw. grzybie atomowym.

Wiru rzeczywistego opisanego podanym wyżej równaniem nie należy mylić z tzw. wirem potencjalnym, zwanym też pseudowirem.

Literatura[edytuj]

  • Kotchin, Kibel, Roze: Teoretitcheskaya gidrodinamika, Moskva, (1955).
  • Lamb: Hydrodynamics, Cambridge.
  • Flügge S, (Herausgegeber), Truesdel C. (Mitherausgegeber): Handbuch der Physik, Bd. VIII/1 Strömungsmechanik I, Bd. VIII/2 Strömungsmechanik II, Bd. VIII/3 Strömungsmechanik III, Springer, Berlin - Göttingen - Heidelberg.