Pyörrevirta

Pyörrevirta on virtaus, jossa neste tai kaasu liikkuu pääasiassa ympäri keskuskohdasta lähtevää akselia. Tällainen pyörimisliike antaa virta-alueelle selkeän pyörteisyyden, ja pyörrevirtoja esiintyy sekä luonnossa että teknisissä järjestelmissä. Ne voivat olla laminaarisen kaltaisia tai kehittää turbulenssia, ja ne voivat muodostua paine-erojen, rajapintojen tai sekoitusprosessejen seurauksena.

Yleinen teoreettinen malli pyörrevirroille on Rankinen pyörre. Ulkopuolella vorticity on suhteellisen pientä ja virta käyttäytyy lähes ideaalissa, viskoosittomassa virrassa, kun taas ytimen alueella neste kiertyy yhtenäisesti. Tangential velocity noudattaa käytännössä v_theta(r) = Γ/(2π r) ulkoreunalla, ja ytimen sisällä v_theta(r) = Ω r. Näiden rajalla vorticity on suurin aksiaalisesti. Todellisessa fluidissa viskositeetti aiheuttaa ytimen ja ympäröivän virran muutoksia, ja pyörre haihtuu usein ajan kuluessa.

Luonnossa pyörrevirtoja tavataan esimerkiksi tornadoissa ja hurrikaanien keskuksissa sekä merivirroissa ja pienemmissä vesistöjen pyörteissä. Tekniikassa ne esiintyvät sekoitus-, ilman- ja nestevirtauksissa sekä turbokoneissa, joissa pyörre vaikuttaa painehäviöihin, lämmönsiirtoon ja tehokkuuteen. Pyörrevirtojen hallinta ja kontrolli on tärkeä osa suunnittelua.

Mittaaminen ja simulointi: käytännön tutkimuksessa hyödynnetään kokeellisia menetelmiä kuten partikkelikuvausta (PIV) ja Laser-Doppler-velocimetryä (LDV), sekä numeerisia simulaatioita Navier–Stokes-yhtälöiden ratkaisemiseksi. Näiden työkalujen avulla voidaan arvioida pyörteen synty, kehittyminen ja vaikutukset prosesseihin.