Virvelströmmarnas

Virvelströmmarnas fenomen omfattar roterande eller cirkulerande flöden i vätskor och gaser som uppstår när hastighetsfältet varierar över ett tvärsnitt eller när flödet interagerar med hinder. Dessa eddy-flöden förekommer i många miljöer, från hav och floder till atmosfären och tekniska rörsystem, och de påverkar bland annat blandning samt transport av energi, ämnen och värme.

De grundläggande mekanismerna bakom virvelströmmarnas bildning är shear-instabiliteter i flöden med hastighetsgradient, separation vid väggar eller hinder samt utbredningen av små roterande kärnor i turbulenta fält. I geofysiska sammanhang påverkas rotationen av Corioliskraften, vilket ger cycloniska och anticykloniska virvlar i haven och i atmosfären.

Virvelströmmarnas storlek varierar mycket, från mikroskopiska virvlar i labbexperiment till meso- och makroskaliga virvelströmmar i oceanerna. De har ofta ett roterande kärna där vorticiteten är högst och där cirkulationen definierar deras dynamik. Energi sprids mellan skalen genom turbulens, och virvelströmmarna avklingar olika snabbt beroende på viskositet och omgivande flöde.

Förekomst och betydelse: I haven bildar mesoskaliga virvelströmmar som transporterar värme, salt och näringsämnen över stora avstånd och som påverkar havsströmmarnas struktur. I floder kan virvelströmmar bildas bakom stenar och hinder, påverka sedimenttransport och mikrohabitat. I atmosfären bidrar de till väderförlopp och fukttransport.

Mätning och modellering: observationer görs med satellitbaserad altimetri som fångar havsytans höjdskillnader och avbildar eddies; radarbaserade flödesmätningar används för att mäta inre flöden; i laboratorier används partikelbildgivning (PIV) och LDV; numeriska simuleringar med Navier–Stokes, LES och andra modeller används för att studera deras dynamik och påverkan på blandning och transport.