pyörimisvirtoihin

Pyörimisvirtoihin viittaa nesteen tai kaasun liikkeeseen, jossa kiertäminen tai pyörimisliike on keskeinen osa virran dynamiikka. Tällaiset virrat voivat muodostua luonnollisesti ilmastossa ja merialueilla, tekniikassa ja laboratoriokokeissa, ja niitä tarkastellaan usein vorticityn avulla.

Vorticity määritellään vektorina ω = ∇×u, jossa u on virtausnopeuden vektori. Vorticity mittaa virran pyörimisliikettä paikassa. Voi esiintyä sekä kolmiulotteisesti että kaksidimensionaalisesti; 2D-virtauksissa vorticity on kohtisuorassa virtauskulmaan nähden ja usein muodostaa kuvioita, kuten pyöreitä pyörteitä. Kolmiulotteisessa virrassa pyörimisrakenteet voivat muodostaa putkia ja kierteitä.

Vorticityn evoluutio seuraa vorticitytasausta: ∂ω/∂t = ∇×(u×ω) + ν∇²ω (ainoa huomio huomioimatta tiheysvaihtelut). Tämä kuvaa vorticityn kulkeutumista, pyrosumutusta ja diffuusiota. Incompressibleissa ja vakio Tiheydessä baroklisektio ei yleensä aiheuta lisätermia, ja vorticity voidaan välittää virran mukana sekä hajoaa lämmön vaikutuksesta.

Virtauksia muodostuu ja muuttuu monin tavoin: sydänlaskuina antureista johtuvat sivuvirtaukset, seinämien kitka ja esteet, lämpötila- tai tiheyseroista johtuva baroklisus voivat synnyttää kiertoa. Geofysikaaliset ja meteorologiset tilat, kuten pyörteet, tornadoja ja pyörteitä luovat suuret systeemit, sekä tekniikassa, kuten turbo- ja polttomoottorien sekoituskanavissa, käytetään pyörimisvirtoja hyväksi.

Mittaaminen ja tutkimusnopeudet sisältävät kokeellisia menetelmiä kuten partiographiaa ja PIV-mittauksia sekä numeerista simulaatiota, joiden avulla voidaan seurata vorticityä ja pyörimisrakenteiden kehitystä. Pyörimisvirtojen tuntemus on keskeistä ilmastotutkimuksessa, meriaaltojen ymmärtämisessä, teollisessa virtaussuunnittelussa ja monissa sovelluksissa, joissa kiertovirtojen hallinta on olennaista.