Почему вихри, вращающиеся в одном направлении, сливаются, а вихри, вращающиеся в противоположных направлениях, не сливаются?

При изучении аэродинамики современных самолетов, оснащенных механизированными устройствами, я обнаружил, что в непосредственной близости от летящего самолета (например, за внешней кромкой закрылка, законцовкой крыла и т. ). Однако им всегда удается свернуть в одиночную пару вихрей уже через несколько секунд (см. ниже).

введите описание изображения здесь

Почему отдельные вихревые ядра в непосредственной близости сливаются вместе? Это явление имеет место, по-видимому, только тогда, когда вихри вращаются в одном направлении.

Недостаточно для полного ответа — рассмотрим поле давления между вихревой парой и давлением вне ее. Вы получаете эффект типа Вентури — по той же причине две лодки, движущиеся бок о бок, присасываются друг к другу.
Это явно не может быть всей историей (если она вообще есть), потому что вихри, вращающиеся в противоположных направлениях, не сливаются.
Что, черт возьми, происходит на этой картинке?
@ user2357112 Масштабная модель самолета движется по рельсам в туннеле. В воздухе рассеяны мельчайшие частицы, которые освещаются лазерным лучом перпендикулярно направлению движения.
А, значит, та часть, где кажется, что облака набрасываются и раздавливают самолет, на самом деле является самолетом, движущимся сквозь лазерный лист и закрытым освещенными частицами.

Ответы (2)

Интуитивное начало ответа:

Если у вас есть встречно вращающиеся вихри, они имеют нулевой суммарный угловой момент (в первом порядке). Если бы они слились, у них не было бы движения -> куда делась энергия. Между двумя осями вращения жидкость движется в одном направлении и не имеет механизма диссипации.

Напротив, для двух вихрей с одинаковым направлением вращения жидкости между ними движутся в противоположных направлениях. Они отменяются, и это оставляет вам только завихрение снаружи их двоих, что заставляет их сливаться.

Как я уже сказал, интуитивное начало ответа: я надеюсь, что кто-то еще сможет его использовать.

«Они отменяются, и это оставляет вам только завихрение вокруг них двоих, что заставляет их сливаться». Это та часть, в которой я ищу более глубокое понимание. Теорема Гельмгольца может очень точно предсказать результирующую завихренность/угловой момент объединенного вихря, но почему они сходятся?
Также я думаю, что если один вихрь значительно сильнее другого, больший может конвектировать меньший вокруг себя во время процесса, посредством которого они сливаются.
Я даю Флорису кивок (к сожалению, могу дать только один), но Майк определенно получает помощь в этом. Также спасибо MSalters!!!

Потому что там, где они подходят близко друг к другу, воздух между ними циркулирует таким образом, чтобы соединить их одним путем.

введите описание изображения здесь

Флорис прав, но, возможно, эта картинка поможет.

Как именно это приводит к тому, что один вихрь поглощается другим? А что будет, если они будут одинаковой силы?
@ Брайсон С. Забудьте о подчинении. Они просто сливаются, потому что каждая маленькая порция воздуха движется по определенной траектории.
Извините, но мне действительно нужно больше подробностей. Был бы весьма признателен за немного более строгий ответ с вашей стороны, менее махающий рукой (хотя прилагаемый рисунок хорошо иллюстрирует основную проблему).
@ Брайсон С. Затем проверьте ответ Флориса. Это простой вопрос сохранения завихренности (то есть углового момента) и кинетической энергии.
Если бы это было так просто, то почему бы не сохранить два вихря отдельно и бесконечно? В этом случае также сохраняется импульс. Должен действовать более глубокий принцип, который объясняет, почему система, состоящая из множества вращающихся в одном направлении вихрей, нестабильна.
@BrysonS: Ну, как я уже сказал, когда они сойдутся близко друг к другу, между ними будет встречное вращение. Это отклонит поток от одного вихря к другому. Если вам нужно математическое описание этого процесса, возможно, вам следует изучить его или, что еще лучше, сконструировать его. В другом случае, когда вихри вращаются в противоположных направлениях, они не сливаются, потому что физика очевидна, как указал Флорис.
Я думаю, что описанный вами выше процесс с застойной областью между ядрами вихрей и разделением жидкости между вихрями имеет большие перспективы. Я буду тщательно обдумывать этот вопрос ночью
Также обратите внимание на область между двумя вихрями. В примере Майка есть огромный сдвиг. Движение вниз справа происходит очень близко к движению вверх слева. Это не стабильная ситуация. Два потока будут мешать, замедлять друг друга, становиться турбулентными, и в результате воздух там становится неподвижным — ядром нового единого вихря. В исходном вопросе поток в середине однозначно направлен вниз, и это устойчивая закономерность.
@MSalters Я считаю, что «вязкий сдвиг» - это именно то, что ищет ОП; вы должны опубликовать это как ответ.
@MikeDunlavey - отличная картинка. Свой ответ я написала на телефоне (рисовать сложно) и надеялась, что кто-нибудь возьмет оттуда. Ты сделал.
Таким образом, ядро ​​вихря имеет завихренность, но незначительную тангенциальную скорость. Область столкновения/сдвига между двумя вихрями создает застойный поток, и этот поток служит основой для нового, более крупного ядра? Я думаю, это имеет смысл, так как новый застойный поток начнет вращаться из-за вязкости и вращения исходных ядер...
@BrysonS: Теперь я тот, кто настроен скептически :) Любой вихрь должен иметь центральную область низкого давления, чтобы градиент давления обеспечивал радиальное ускорение, сохраняя его круговым, поэтому, когда вихри сближаются, градиенты давления имеют накладываться, влияя на пути частиц. Но беда в том, что если бы это был единственный эффект, то вихри, вращающиеся в противоположных направлениях, тоже сливались бы. Хм...
@Mike Dunlavey Не обязательно, потому что мы должны также учитывать кинематику и динамику. Конечно, ядра вихрей, вращающихся в противоположных направлениях, могут захотеть слиться, но они не могут этого сделать из-за движущейся между ними стены жидкости. Это могло бы объяснить, почему два последних вихря не сливаются.
@BrysonS: Я только что погуглил «слияние вихрей», и обнаружилось множество высококачественных материалов!
Я даю Флорису кивок (к сожалению, могу дать только один), но Майк определенно получает помощь в этом. Также спасибо MSalters!!!
@Mike Dunlavey Интересно, что приведенная ниже статья Джоссерана предполагает, что циркуляция последнего вихря НЕ равна циркуляции исходных двух вихрей. Он довольно строго использовал симуляцию DNS, поэтому у меня есть основания полагать, что его вывод верен (хотя я этого не понимаю). www.lmm.jussieu.fr/~josseran/papier/merging.pdf
@BrysonS: Вы задали отличный вопрос. Во время обучения пилотов меня учили очень внимательно относиться к «турбулентности в следе» — невидимым вихрям, исходящим от законцовок крыльев тяжелых самолетов.
Почему вихри, вращающиеся в одном направлении, сливаются, а вихри, вращающиеся в противоположных направлениях, не сливаются?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v