Вихревые дорожки Кармана
Вихревая дорожка Кармана, названная так в честь физика Теодора фон Кармана (1881-1963) представляет из себя цепочки вихрей, возникающие при обтекании жидкостью или газом цилиндрических тел. Это может быть прямой поток ветра, огибающий трубу, течение воды в реке, огибающее опоры моста.
Теодор фон Карман был первым, кто в 1911 г. обнаружил и описал образование особой последовательности вихрей при обтекании кругового цилиндра, ось которого перпендикулярна встречному потоку, и описал условия ее формирования. Подобные явления настолько масштабны, что их видно из космоса в поле облачности. Впоследствии они стали называться вихрями Кармана.
Интересные случаи вихрей кармана в поле облачности
Подобные циркуляционные вихри могут возникать, когда ветер обтекает вершины гор и вулканов, расположенных на островах. Поскольку ветер отклоняется вокруг этих высоких областей, возмущение потока распространяется вниз по потоку в форме вихрей, чередующихся по направлению вращения.
Спутниковые приборы уже регистрировали облачные вихри фон Кармана по всему земному шару, в том числе у острова Гуадалупе, недалеко от побережья Чили, в Гренландском море, в Арктике и даже рядом с тропическим циклоном.
Вихри фон Кармана образуются почти везде, где поток жидкости нарушается объектом. Чаще всего подобные вихри присущи для отдельных остров или групп островов.
Анимация ниже показывает, как вихревая дорожка Кармана развивается за цилиндром, движущимся по жидкости.
На фотографии ниже изображена изолированная норвежская территория в северной части Атлантического океана с островом Яна Майена, ответственного за спиральную структуру облаков. Уникальный поток возникает, когда ветры, дующие с севера, сталкиваются с вулканом Беренберг, заснеженным пиком на восточной оконечности острова, который поднимается на 2,2 километра над поверхностью моря. Когда ветры проходят вокруг вулкана, возмущение потока распространяется вниз по течению в виде двойного ряда вихрей, которые чередуют направление их вращения.
В последнее время многие спутниковые проекты смогли запечатлеть вихревые структуры в поле облачности по типу дорожек Кармана. Это позволит ученым-метеорологам более глубоко изучить особенности возникновения таких событий в атмосфере.
Вихри Кармана можно наблюдать если, например начать мешать свой кофе или какао. Позади цилиндрической соломинки будет образовываться череда завихрений, возникающих последовательно по обеим сторонам.
Такого вида вихри могут иметь негативные последствия. Для того чтобы избегать вибрации и раскачивания при сильном ветре высотные сооружения цилиндрической формы приходится строить, варьируя их форму по высоте. На цилиндрические башни добавляют интерцепторы – гигантскую резьбу, нарушающую образование вихрей. Или попросту стараются избегать прямой формы, делая сужения или расширения в конструкции.
Источники:
Вихри фон Кармана в атмосфере: взгляд из космоса
Two Views of Von Kármán Vortices
Автор статьи: студент 3 курса направления «Прикладная гидрометеорология» Александр Михайлов