Virvelkropp

Virvelkropp är ett begrepp inom fluiddynamik som beskriver en lokaliserad region där fluidens vorticitet är koncentrerad och rotationen av fluiden är dominerande runt en kärna. Termen används särskilt i skandinavisk litteratur och översätts ofta till engelskans "vortex core" eller "vortex body".

Egenskaper: Kärnan har en viss radie a och cirkulation Γ. Inom kärnan uppvisas i allmänhet nästan rigid rotation medan vorticiteten utanför minskar, och hastighetsprofilen följer välkända vortexmodeller. Flödets viskositet och externa deformationer påverkar kärnans storlek över tid. Kärnans sammanlänkning med omgivningen avgör hur länge virveln behåller sin struktur innan diffusjon eller turtalliga störningar förväntas.

Modeller: Vanliga idealiserade modeller är Rankine-vortexen (rigid rotation för r < a och vorticiteten minskar som Γ/(2πr) för r > a), Lamb–Oseen-vortexen (diffusionsbegränsad kärna) och Burgers-vortexen (vortex i konstant strömning och med pågående sträckning). Dessa modeller används för att beskriva hur kärnan genererar hastighetsfält och hur den utvecklas under olika flödesförhållanden.

Användningar: Inom aerodynamik används virvelkroppar för att modellera vingtipvortexar och andra roterande strömningsfenomen; inom meteorologi studeras tornadokärnor och centrala virvlar i stormar; inom oceanografi studeras mesoskala eddyar och mekanismer för vertikal blandning; inom industriell processdesign används virvelkroppar i blandning och separation.

Mätning och analys: Observationer görs med partikelbildanalys (PIV), Laser-Doppler velocimetry (LDV) och numeriska simuleringar (DNS/LES). Viktiga egenskaper är cirkulation Γ, kärnradius a och vorticity-distribution; studier fokuserar även på kärnans livslängd och stabilitet.