Вихров поток

поток
VORTEX FLOW, потокът на течност или газ, при който техните малки елементи (частици) се движат не само транслационно, но и се въртят около моментна ос.

По-голямата част от потоците в природата или технологиите са вихрови потоци. Например, вихров поток възниква, когато водата се движи в тръба както в случай на ламинарен поток, така и в случай на турбулентен поток. Въртенето на частиците тук се дължи на залепването на водата към стената на тръбата, където скоростта на водата е нула. С отдалечаване от стената скоростта се увеличава бързо, така че скоростите на съседните слоеве се различават значително една от друга. В резултат на спирачното действие на единия слой и ускоряващото действие на другия (Фигура 1) се получава въртене на частиците, т.е. вихров поток.

Вихровият поток може да се характеризира количествено чрез вихровия вектор или завихрянето, ω = гниене v (където v е скоростта на течността или газа), което се определя от пространственото разпределение на вектора на скоростта v. Ако ω = 0 в определен регион, тогава такъв поток се нарича иротационен. Линия, допирателна към която във всяка точка е насочена по вектора ω, се нарича вихрова линия. Събирането на вихрови линии, преминаващи през затворена крива, образува вихрова тръба. Вихровата тръба не може да има нито начало, нито край в течността: тя може да бъде затворена (вихров пръстен) или трябва да има начало и край на границите на течността. Примери за вихров поток: в атмосферата - циклони, антициклони, торнадо; в океана - синоптични вихри с диаметър до няколкостотин километра и дълбочина до няколко километра; в реките - водовъртежи и малки вихри, образуващи се при обтичане на дупки, препятствия и др.

Във всяка вискозна течност действат сили на триене, в резултат на което вихрите променят интензивността си - те постепенно се овлажняват. Тъй като водата и особено въздухът имат нисък вискозитет, вихрите могат да се запазят в тях дълго време; например антициклони и циклони в атмосферата - в продължение на месеци, синоптични вихри в океана - до няколко години. В среда, лишена от вискозитет (идеална течност), вихрите не могат да се появят спонтанно и веднъж създадени, те не могат да се разпаднат. В среди с нисък вискозитет (вода, въздух) вихровият поток се появява в онези области, където вискозитетът е най-изразен: в слоя близо до обтекаемото тяло, граничния слой. Зад обтеченото тяло се формира следа, съдържаща течения, вълни и вихри, често образуващи вихрови ленти (Фигура 2). Вихрите, които възникват, когато тялото се движи в среда, определят значителна част от силата на повдигане и силата на фронтално съпротивление, действаща върху него. Вихровият поток се взема предвид при изчисляването и проектирането на самолети, надводни и подводни кораби, офшорни конструкции, витла, лопатки на турбини и други подобни. Изследването на вихровия поток е важно за анализиране на динамиката и процесите на пренос на енергия, вещество, по-специално замърсяване, в атмосферата и хидросферата.

Лит.: Landau L.D., Lifshitz E.M. Хидродинамика. 3-то изд. М., 1986; Аерохидромеханика. М., 1993.