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, lun1@list.ru , http://logicphysic.narod.ru , март 2005
