Трансформации вихревых колец

В зависимости от условий формирования, родившиеся вихревые газовые кольца имеют разное соотношение диаметра замкнутой трубки к диаметру кольца. При вихреобразовании действуют силы на сжатие вихревой трубки. Пределом сжатия является формирование так называемых плотных стенок (резко выделяющаяся область пространства с максимумом скорости вращения), которые не пропускают во внутрь трубки давление среды. При этом давление внутри замкнутой трубки стремится к нулю, скорость вращения стенок максимально возможная, а диаметр стенок калиброван.

Рисунок 1. Формирование у вихревого кольца плотных стенок

Если диаметр кольца намного больше диаметра трубки, то внешние воздействия приводят к самопроизвольному делению колец. Плотность стенок при делении сохраняется

Рисунок 2. Деление вихревого кольца

Если у дочерних колец также большое соотношение диаметров, то они тоже делятся. Деление прекращается при некотором критическом соотношении. Но трансформация вихрей на этом не прекращается. Должен выполняться баланс сил между силами сжатия и силами растяжения. Для каждой скорости вращения замкнутой трубки при неизменных параметрах окружающей среды баланс свой.

Рисунок 3. Сжатие вихревого кольца до калиброванного размера

Если скорость вращения достигает максимально возможной, то диаметр трубки калиброван. Но после прекращения деления диаметр кольца может быть не калиброван. Если диаметр кольца больше калиброванного диаметра, то кольцо сжимается, отбрасывая в окружающую среду лишний газ.

Рисунок 4. Расширение вихревого кольца до калиброванного размера

Если диаметр кольца меньше калиброванного диаметра, то кольцо расширяется, вовлекая во вращение в стенках дополнительный газ из окружающей среды

Рисунок 5. Релаксация вихревого кольца

Вихревые кольца возникают в определенных условиях с затратой энергии. Энергия необходима и для поддержания существования калиброванного кольца. Так как в центре такого кольца поступательное движение стенок в одном направлении, то они поддерживают скорость вращения, поэтому у вихревого кольца большее время жизни, чем у одиночного линейного вихря. Тем не менее, без энергетической подпитки вихревое кольцо постепенно увеличивается в диаметре и рассасывается в окружающей среде. Время релаксации напрямую зависит от скорости вращения стенок.

Рисунок 6. Трансформация вихревого кольца в винтовой тороид

В результате взаимодействия с другими вихревыми объектами вихревое кольцо может приобрести кольцевое вращение и превратиться в винтовой тороид.

Рисунок 7. Трансформация винтового тороида в вихревое кольцо

Возможна и обратная трансформация винтового тороида в вихревое кольцо.

 

Владимир Яковлев, [e-mail], http://logicphysic.narod.ru, март 2005

Движение газовых вихрей

Одиночные газовые трубки при отсутствии ветра могут самостоятельно распространяться в пространстве лишь вдоль оси вращения. При движении под воздействием граничных условий из разомкнутой вихревой трубки может сформироваться вихревой винтовой тороид.

Рисунок 1. Самодвижущиеся одиночные газовые трубки

Если движение разомкнутого вихря обусловлено наличием поступательной составляющей вращения, то движение винтового тороида основано на новом принципе. Здесь способность к движению зависит только от мощности общего потока, формируемого вдоль оси вращения. Этот поток создает впереди винтового тороида область пониженного давления. Окружающая газовая среда выдавливает тороид в область пониженного давления. Процесс происходит непрерывно, поэтому тороид самостоятельно двигается с постоянной скоростью в однородной среде без воздействия каких-либо других внешних сил.

Рисунок 2. Спиральная траектория движения винтового тороида

При наличии бокового ветра или после бокового толчка винтовой тороид начинает двигаться по винтовой траектории. Это обычный результат процесса взаимодействия вращающегося объекта с ламинарным потоком.

Рисунок 3. Движение пары винтовых тороидов по спирали

При движении по спиральной траектории возможно боковое столкновение тороида с другим, аналогичным, винтовым тороидом. Результатом взаимодействия может быть парное движение тороидов по спиральной траектории.

Рисунок 4. Направление движения замкнутой (слева) и разомкнутой (справа) пары газовых вихрей

Перпендикулярно оси вращения самостоятельно могут двигаться лишь спаренные вихри. Линейная пара вихрей самостоятельно двигается по плоскости в одном направлении. Если каждый из спаренных вихрей замкнут в кольцо и сила растяжения превышает силу сжатия, то пара вихрей начнет двигаться в одной плоскости равномерно во все стороны, аналогично движению волновых кругов на воде. При увеличении радиуса распространения уменьшение плотности за счет растяжения вихрей должно компенсироваться вовлечением во вращение дополнительных объемов окружающего газа. Если радиус распространения намного больше диаметра вихрей, то малый участок можно с некоторым приближением назвать линейной парой.

Рисунок 5. Групповое движение вихревой дорожки

Вихревые газовые трубке могут самостоятельно двигаться и в составе группы в виде так называемой вихревой дорожки. Группа представляет собой два ряда линейных вихрей, причем вихри одного ряда вращаются в одну сторону, а вихри другого - в противоположную. Между рядами возникает общий поток газа (струя), который создает впереди группы пониженное давление. Вся группа самостоятельно перемещается в направлении пониженного давления. Так как и группу условно можно разбить на линейные пары, то получается, что любое самостоятельное движение разомкнутых вихревых газовых трубок можно свести к движению линейных пар

Владимир Яковлев, [e-mail], http://logicphysic.narod.ru, март 2005 года