2022-03-10 19:36:01

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涡旋(Vortex)有时也称旋涡。是指一种半径很小的圆柱在静止流体中旋转引起周围流体作圆周运动的流动现象。一般旋涡内部有一涡量的密集区,称涡核,其运动类似刚体旋转。上述圆柱体即相似于旋涡的涡核。在它的外部,流体的圆周速度与半径成反比;在它内部,则与半径成正比,在涡心上圆周速度为零。旋涡是飞行器绕流中的重要流动现象,对飞行器的空气动力特性有重要影响(见机翼空气动力特性和机身空气动力特性)。 一般来说,流水形成的涡旋被称做漩涡,大气形成的涡旋则有可能形成热带气旋或者龙卷风。

物理分析

涡是旋涡的一种形态,专指湍流运动中的不均一、不规则的各种尺寸的旋涡。其尺寸,大的和整个湍流的广延同量级,如在湍流边界层中,最大的涡与边界层厚度同量级;小的则小到分子粘性进行动量交换的尺度。在湍流运动中,由于涡的彼此拉伸机制,使涡由大变为略小、较小、更小的各种尺寸的涡。涡的旋

  小范围空气涡旋

转能量随之由大涡传递给较小的涡,再传给更小的涡,直到最小的那一级涡上粘性应力直接起作用把旋转动能转变为热能耗散掉。

用无粘性理想流体理论研究机翼绕流时,需要运用许多理想旋涡的概念。如涡核半径为零的集中涡(或线涡),涡心上速度为无穷大;由无数集中涡排列而成的涡面,是切向速度的不连续面;在定常流动中,涡轴与气流速度方向处处一致的涡线为自由涡,否则为附着涡;在流场中不承受压差的涡面称为自由涡面,否则为附着涡面。这些理想旋涡是有限翼展机翼升力线理论和升力面理论的基础。实际流场中还有脱体涡和尾迹涡。

脱体涡

脱体涡 从弹体背风面或机翼的尖前缘分离出来的旋涡。它们都属自由涡,在往下游的方向上旋涡强度不断加强,直到成为尾迹涡为止。它们从分离线脱出后,涡层末端卷成具有涡核的旋涡。图中是用烟迹法显示的三角翼上表面脱体涡中心的照片。在旋涡破裂之前,由于旋涡处的低压使机翼产生附加涡升力。旋涡破裂后,突然扩散,形成湍流团。图中还显示出两种破裂形式。上方是螺旋型破裂,下方是涡泡型破裂。翼表面上方旋涡破裂后,升力突然下降,压力中心前移。

尾迹涡

尾迹涡 如二维圆柱绕流背风面的脱体涡,其中包括著名的卡门涡街,以及机翼后缘开始卷起的旋涡等。在一定距离后,机翼尾迹涡逐渐卷成一对具有涡核的旋涡(也称翼梢涡)。此后由于涡量的对流和粘性耗散,旋涡半径逐渐扩大,内部压强和速度逐渐趋近于来流值。大型飞机的尾迹涡可能对处于尾迹区的小型飞机造成灾难性后果。超音速飞行器的尾迹涡可以传播到很远的地方。

折叠 编辑本段 生活涡旋

旋涡有时能明显看到 ,如大气中的龙卷风、桥墩后的旋涡区、划船时船桨产生的旋涡等;也

  温带气旋

有许多小旋涡不易观察到,如物体在流体中运动时,物体边界层中的小涡,以及湍流中的随机涡等。旋涡强度可用涡通量或速度环量表示 。涡通量是涡量通过某一截面S的通量,而旋涡中某点涡量的大小是流体微团绕该点旋转的平均角速度的两倍,方向与微团的瞬时转动轴线重合。旋涡的产生伴随着机械能的耗损,从而对物体产生流体阻力,降低其机械效率。但在空气动力学中,正是依靠旋涡才使机翼获得升力;在水利工程中,则利用排水口处形成的旋涡消耗水流动能,以保护坝基不被急泻而下的水流冲坏。

折叠 编辑本段 潮水漩涡

涨潮落潮相互作用产生的大尺度涡叫漩涡,它是一种旋转的海流。中心向下运动叫涡旋,当海岸和海底地形有相当深的窄通道时就会出现。河流里的涡旋运动略有不同。在湍流的一定阶段,就会形成中心向上运动的旋转水流,叫做涌,在水面上很容易见到。世界上有一些著名的大旋涡,如加罗法洛旋涡、墨西拿旋涡、梅尔斯托姆旋涡、鸣门旋涡等等。日本淡路岛与四国之间有一条长约1.3公里的狭长水道叫鸣门海峡。漩流是由于濑户内海和外海的潮位之差所产生的现象,当海水通过狭窄的濑户时,潮流变急,流经挡路的暗礁就形成大小的漩涡。满潮时在播磨滩、退潮时在纪伊海峡侧造成漩涡,春天和秋天的大潮日是观潮最好的时候。在鸣门桥的桥桁内设有450米长的散步路,前端设有回游式瞭望设施的鸣门漩涡观光新名胜。从海上约45米高处隔着玻璃窗往下看去,漩涡惊心动魄,惊险万分。这里的旋涡直径可达20米。上图就是在鸣门拍摄的一个大旋涡。

折叠 编辑本段 热带气旋

热带气旋(Tropical Cyclone)是一种低气压天气系统,于热带地区离赤道平均3-5纬度外的海面

  热带气旋

(如南北太平洋,北大西洋,印度洋)上形成,其它移动主要受到科氏力及其它大尺度天气系统所影响,最终在海上消散、转化为温带气旋或在登陆陆地后消散。登陆陆地的热带气旋可以造成严重的财产或人命伤亡,是由天气引发天灾的一种。不过热带气旋亦是大气循环其中一个组成部分,能够将热能及地球自转的角动量由赤道地区带往较高纬度

热带气旋的最大特点是它的能量来自水蒸气冷却凝固时放出的潜热。其它天气系统如温带气旋主要是靠冷北水平面上的空气温差所造成。热带气旋登陆后,或者当热带气旋移到温度较低的洋面上,便会因为失去温暖而潮湿的空气供应能量,而减弱消散或转化为温带气旋

热带气旋的气流受科氏力的影响而围绕着中心旋转。在北半球,热带气旋沿逆时针方向旋转,在南半球则以顺时针旋转

不同的地区习惯上对热带气旋有不同的称呼。西太平洋沿岸的中国、台湾、日本、越南、菲律宾等地,习惯上称当地的热带气旋为台风。而大西洋则习惯称当地的热带气旋为飓风。其它地方对热带气旋亦有不同称呼,在澳大利亚,被称为"威力"。气象学上,则只有风速达到某一程度的热带气旋才会被冠以"台风"、"飓风"等名字。

水在急速运动的时候会旋转,因此形成所谓的"旋涡"即"涡旋"。

折叠 编辑本段 相关内容

流体团的旋转运动。在自然界中,涡旋有时能明显地看到,例如大气中的龙卷风,桥墩后水流形成的旋涡区,划船时产生的旋涡等等。但在更多的情况下,人们不易察觉到涡旋的存在。例如,当物体在真实流体中运动时,在物体表面形成一层很薄的边界层,此薄剪切层中每一点都是涡旋;又如自然界大量存在着的湍流运动充满着不同尺度的涡旋,这些涡旋都是肉眼难以辨认的。

涡旋的产生伴随着机械能的耗损,从而相对物体(飞机、船舶、水轮机、汽轮机)产生流体阻力或降低其机械效率。但是,另一方面,正是依靠涡旋,才使机翼获得举力。在水利工程例如泄水口中,为了保护坝基不被急泻而下的水流冲坏,采用消能设备,人为地制造涡旋以消耗水流的动能。这些就是研究涡旋的实际背景。

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