Energia vortexurilor atmosferice. VIVOS VOCO: L. Alekseeva, „Vârtejuri care „fac vremea””
Atmosfera Pământului este caracterizată de mișcarea vortexului. Ciclonii și anticiclonii joacă un rol deosebit de important printre numeroasele vârtejuri care apar și se descompun continuu de diferite dimensiuni în formarea și schimbarea vremii la latitudini extratropicale. Ele apar, se dezvoltă și se estompează la latitudinile mijlocii și înalte ale ambelor emisfere. Ciclonii și anticicloanele sunt vârtejuri atmosferice puternice, cu un diametru de peste 1500-3000 km. Extensia lor verticală este mică. În funcție de intensitatea dezvoltării, înălțimea acestora variază între 2-4 și 15- 20 km. Este ușor de determinat că dimensiunile orizontale ale acestor vârtejuri sunt, în medie, de 100-150 de ori mai mari decât dimensiunile lor verticale, adică sunt mai degrabă plate.
Într-un sistem ciclonic, presiunea atmosferică este cea mai scăzută în centru. Prin urmare, curenții de aer din apropierea suprafeței pământului sunt direcționați de la periferie spre centru. Sub influența forței Coriolis, vântul este deviat și suflă în sistemul de cicloni în sens invers acelor de ceasornic în nord și în sensul acelor de ceasornic în emisfera sudica.
Într-un sistem de anticicloni, presiunea atmosferică crește de la periferie spre centru. Prin urmare, vânturile aici sunt îndreptate din centru spre periferie și, deviind sub influența forței Coriolis, sufla în sensul acelor de ceasornic în emisfera nordică și în sens invers acelor de ceasornic în emisfera sudică.
În timpul cicloanelor în curs de dezvoltare, se observă o mișcare ascendentă, în urma căreia aerul se răcește, vaporii de apă conținuti în el se condensează, se formează nori puternici și cade precipitații. Aerul care curge lângă suprafața pământului în sistemul de ciclon este ejectat la înălțimi dincolo de limitele sale, ceea ce determină o scădere a masei de aer în partea centrală a ciclonului și o scădere corespunzătoare a presiunii atmosferice, adică ciclonul se adâncește.
În dezvoltarea anticiclonilor, se efectuează o mișcare în jos, în urma căreia aerul se încălzește și se îndepărtează de starea de saturație cu vapori de apă, iar norii, de regulă, se dispersează. Prin urmare, vremea senină sau ușor înnorată predomină în anticicloni. Aerul care curge lângă suprafața pământului din sistemul anticiclon este compensat de aerul care curge la înălțime. Anticiclonul se intensifică, adică presiunea din sistemul său continuă să crească dacă fluxul de aer la înălțimi depășește semnificativ fluxul său de ieșire în stratul de frecare.
Mișcările aerului ascendent și descendent în sistemul ciclonilor și anticiclonilor în curs de dezvoltare sunt în medie 3-5 cm/sec sau 1-3 m/min.În același timp, vitezele medii orizontale ale curenților de aer în sistemul acestor formațiuni barice ajung la 500-1000. m/min, sau 30-60 km/h.Într-un ciclon, din momentul apariției până la stadiul de cea mai mare dezvoltare, presiunea scade. Gradienții orizontali de temperatură și presiune cresc și, în consecință, vântul se intensifică, care ajunge adesea la puterea furtunii. Formarea norilor pe fronturi și precipitațiile apar cel mai intens. Iarna, ninsorile sunt insotite de viscol. Apoi presiunea din centru începe să crească, vânturile slăbesc, fronturile sunt spălate, iar precipitația scade brusc și se oprește. Ciclonul se contopește de obicei cu alți cicloni mai puternici și încetează să mai fie o formațiune independentă sau dispare.
În anticicloni, dimpotrivă, din momentul apariției până la stadiul de cea mai mare dezvoltare, presiunea în centru crește. Gradienții orizontali de presiune și, în consecință, viteza vântului la periferia sa cresc, norii se disipează și vremea senină se instalează. În a doua jumătate a vieții anticiclonului, presiunea din centru începe să scadă, vânturile de obicei slăbesc până la calm. Când un anticiclon este distrus, apare adesea tulbureala și precipitațiile încep să cadă în unele părți ale acestuia.
Cel mai adesea, presiunea în centrul ciclonilor care se dezvoltă peste Europa este de 980-1000 mb.În unele cazuri, acestea se adâncesc atât de mult încât presiunea din centru scade la 950 mb. Cu cât presiunea în centru este mai mică, cu atât ciclonul este mai puternic, cu atât vânturile din sistemul său sunt mai puternice. Cicloni puternici apar cel mai adesea în Atlanticul de Nord și Oceanul Pacific. În aceste cazuri, vântul atinge forță distructivă. Iarna, peste părțile de nord ale Americii și în special ale Asiei, cicloane se dezvoltă pe fondul presiunii crescute, care se creează aici datorită răcirii aerului în timpul iernii. Prin urmare, sunt frecvente cicloane cu o presiune în centru de 1010-1020mb.
În centrul anticiclonilor în curs de dezvoltare, presiunea ajunge la 1030-1040 mb, totuși, în unele cazuri depășește 1060 și chiar 1070 mb. Astfel de anticicloni apar mai ales pe continentul asiatic iarna. Figura 49 prezintă o hartă meteorologică sinoptică de suprafață schematizată la ora 3:00 pe 13 februarie 1962 cu un ciclon în vestul părții europene a URSS și anticicloni peste Atlantic și Siberia de Vest. Ciclonul peste Marea Baltică este destul de adânc. Presiunea în centrul său este de 950 mb. Vânturile în unele părți ale ei sunt foarte puternice, în special din vest. Anticiclonii sunt de asemenea puternici. Presiunea aerului în apropierea solului în centrul lor este de 1050 și 1040 mb respectiv. În sistemul lor sunt vânturi slabe și vreme înnorată, dar temperatura aerului este diferită: -17°, -20° în Siberia și +10°, +15° peste Atlantic.
Aceleași vârtejuri la o înălțime de aproximativ 9 km, adică pe suprafața de 300 mb(AT 300) sunt prezentate în Figura 50. În raport cu suprafața pământului, toate sunt ușor deplasate. Peste Scandinavia și Marea Baltică la o altitudine de aproximativ 9 km ciclonul este mai puțin pronunțat decât în apropierea suprafeței pământului, cu toate acestea, la periferia sa de sud, s-au observat viteze ale vântului rare pentru aceste regiuni - uneori peste 250-300km/h
In nord Europa de Vest vânturile au atins puterea uraganului. Inundațiile severe din nord-vestul Europei au fost asociate cu acest ciclon. Datele de observare la momente intermediare la fiecare 3 ore au arătat că rata vânt de nord-vest uneori depășit 8-10 puncte.
Tabelul arată că energia taifunurilor și cicloanelor este de aproximativ 10, respectiv de 100 de ori mai mare decât energia E=4,2 10 J eliberată într-o explozie nucleară cu o capacitate de q=10 tone de TNT.
Fenomenele atmosferice periculoase includ și furtunile de praf și nisip care apar în timpul vântului puternic în perioadele secetoase în regiunile de stepă, semidesertică și deșertică, precum și descărcări electrice fulgere - fulgere.
De exemplu, în timpul unei furtuni de nisip din sudul Ucrainei din aprilie 1928, numită furtună „neagră”, norii de praf au acoperit o suprafață de peste 1 milion de km. agricultură Regiunea a suferit pagube semnificative.
Daunele cauzate de fulgere sunt asociate cu descărcări electrice puternice. În acest caz, oamenii pot fi afectați, pot apărea incendii în clădiri, alte structuri, în pădure.
În fine, datorită emisiei intense de În ultima vreme Fenomene precum efectul de seră al atmosferei, posibila încălzire a climei și, ca urmare, posibilitatea unei catastrofe ecologice globale, conectează gazele industriale în atmosferă.
|
|
Formarea fenomenelor atmosferice periculoase este asociată cu un strat carcasă de aer Pământul adiacent suprafeței sale (troposferă). Existența unei circulații globale generale a atmosferei este cunoscută de mult. Marinarii au remarcat, în special, prezența vânturilor alice stabile, care au făcut posibilă în epoca flotei navigabile să se facă traversări maritime pe distanțe lungi. Aceste vânturi se datorează distribuției generale a presiunii atmosferice, care în emisfera nordică se caracterizează printr-un maxim de ~1018 mbar (1 mbar = 100 Pa) în apropierea polului, o scădere a presiunii la 1011–1012 mbar în regiunea subpolară. , adică 65° latitudine nordică, o creștere a presiunii din nou la ~1018 mbar la 35° latitudine nordică (zonă calmă) și o nouă minimă de ~1011¸1012 mbar lângă ecuator. Ca urmare a acestei distribuții a presiunii, aerul se ridică deasupra ecuatorului, se deplasează la altitudine mare spre pol, coboară în zona de calm și apoi se deplasează lângă suprafață spre ecuator, formând vânturi. Forța Coriolis, datorită rotației Pământului în jurul axei sale, se manifestă în emisfera nordică printr-o abatere spre est de la direcția meridională a vântului de sud.
Numele și valorile numerice ale accelerațiilor:
Accelerație completă;
Accelerație portabilă datorită rotației mingii în jurul axei O;
Accelerație relativă datorată mișcării punctului M de-a lungul arcului de cerc AB;
Accelerația Coriolis datorită acțiunii combinate a două mișcări (rotația bilei și mișcarea unui punct de-a lungul arcului de cerc AB).
În relaţiile (6.1) se indică: - raza bilei, - raza cercului pe paralela ab, unghiul - latitudinea punctului M. Se poate observa că acceleraţia Coriolis este egală cu dublul produs vectorial al vitezei unghiulare de rotație a bilei, cu care este asociat sistemul de coordonate în mișcare, cu viteza punctului relativ la acest sistem de coordonate în mișcare. Pentru a determina direcția unui vector care este aceeași cu direcția produs vectorial, trebuie să mutați vectorul în punctul M și să restabiliți din acest punct perpendiculara pe planul în care se află vectorii și. Vectorul va fi îndreptat de-a lungul acestei perpendiculare în acea direcție, astfel încât, pentru observatorul care se uită de la capătul său, rotația vectorului cu un unghi până când coincide cu vectorul pare să aibă loc în sens invers acelor de ceasornic, Fig. 42.
Trebuie remarcat faptul că forța Coriolis este o forță inerțială; este îndreptată opus accelerării.
Să luăm în considerare două cazuri speciale.
Primul caz. Dacă viteza este observată la „polul” mingii, atunci , și .
Al doilea caz. Dacă viteza || , care are loc pe „ecuatorul” mingii, apoi , și .
Astfel, atunci când un punct se mișcă de-a lungul meridianului unei bile care se rotește, forța Coriolis este maximă la polii săi și este egală cu zero în punctele ecuatorului.
Acțiunea forței Coriolis, care decurge din rotația Pământului în jurul axei sale, explică așa-numita lege a lui Baer, adică eroziunea malurilor drepte ale râurilor din emisfera nordică și, invers, a malurilor stângi ale râurilor. în emisfera sudică, curgând în direcția meridianului.
Când un punct se mișcă de-a lungul unei paralele, adică de-a lungul unui cerc situat într-un plan perpendicular pe axa de rotație a Pământului, forța Coriolis este îndreptată de-a lungul razei acestui cerc spre centrul său, dacă punctul de mișcare este spre vest. , iar de-a lungul razei de la centrul cercului, dacă punctul de mișcare în direcția est. În acest caz, punctul va fi apăsat pe suprafața pământului dacă se deplasează spre vest și, dimpotrivă, se va îndepărta de el dacă se deplasează spre est.
În cazul general al unui punct care se deplasează de-a lungul suprafeței unei bile rotative la un anumit unghi față de meridian, viteza punctului poate fi descompusă în două componente, dintre care una este direcționată de-a lungul meridianului, cealaltă de-a lungul paralelei. Pentru fiecare dintre componente sunt valabile explicațiile date mai sus.
Fenomenele atmosferice specifice sunt asociate cu formarea de centre de presiune joasă și înaltă datorită încălzirii suprafeței terestre (apa). Căderile de presiune pe direcția orizontală, împreună cu acțiunea forței Coriolis, duc la formarea unor curenți de aer complecși. Deci, de exemplu, formarea unui centru de joasă presiune duce la formarea mișcării aerului care converg către acest centru. Forța Coriolis care acționează simultan asupra ambelor componente meridionale (descrescătoare) direcționate opus ale fluxului de aer duce la apariția unui cuplu relativ la centrul de presiune considerat.
Cu o descriere calitativă a acestor curenți, pot fi neglijate accelerațiile verticale (inclusiv cele datorate mișcării fluxurilor de aer de-a lungul paralelei) și forțele de frecare - astfel de curenți se numesc geostrofici.
Forța Coriolis care acționează asupra unei unități de volum de aer și îndreptată de-a lungul normalului la vectorul vitezei vântului V este determinată de relația
unde este latitudinea locului;
Viteza unghiulară de rotație a Pământului;
Densitatea aerului.
A doua forță F, care afectează curentul geostrofic, este legată de gradientul de presiune orizontal și acționează normal față de izobare. Notând acest gradient cu , putem obține
Într-un flux geostrofic staționar este egal cu . Prin urmare, vântul geostrofic este îndreptat de-a lungul izobarelor cu o viteză
Astfel, în prezența centrelor de joasă și înaltă presiune cu izobare închise care le înconjoară, în jurul acestor centre se formează fluxuri circulare. Ele sunt reprezentate de vârtejuri de diferite dimensiuni. Frecarea care are loc intr-un flux real reduce viteza vantului, drept urmare scade si forta Coriolis. În acest sens, într-un vortex care se rotește în jurul unui centru de presiune scăzută, aerul este deplasat spre centru, în timp ce viteza vântului crește din cauza momentului unghiular constant.
În plus, din relația (6.4) rezultă că viteza vântului în vârtej este direct proporțională cu mărimea gradientului de presiune și invers proporțională cu latitudinea locului, adică atunci când vârtejul se deplasează din zona de latitudini joase. spre zona de latitudini mari, se slăbește treptat și se supără.
Să luăm în considerare caracteristicile vortexurilor atmosferice mari.
Cel mai mare vortex atmosferic este un ciclon, Fig. 36. Diametrul ciclonului este de 1000¸2000 km, înălțimea este de 2¸10 km, presiunea în centru este de 950¸960 mbar, uneori 930 mbar (presiunea atmosferică la nivelul mării este de 1012 mbar), viteza medie de mișcarea sa este de 30¸45 km/h. Masele de aer dintr-un ciclon se deplasează în spirală spre centrul său (în sens invers acelor de ceasornic în emisfera nordică și în sensul acelor de ceasornic în emisfera sudică), unde se ridică în sus, creând o acoperire grea de nori. Prin urmare, precipitațiile sunt de obicei asociate cu sosirea unui ciclon. Viteza vântului într-un ciclon nu depășește de obicei 20 m/s (uneori 30 m/s).
Taifunul este un tip de ciclon, așa-numitul ciclon tropical. Tradus din chineză, taifun înseamnă vânt foarte puternic; în America se numește uragan. Taifunurile provin de obicei la latitudini joase din regiunile subtropicale și se deplasează de la latitudini joase la latitudini mai înalte. Sunt vortexuri atmosferice cu un diametru de câteva sute de kilometri. Presiunea în centru poate fi de ~900 mbar, uneori chiar mai mică. Căderea puternică de presiune în centru și dimensiunea mică în comparație cu un ciclon convențional au ca rezultat un gradient de presiune semnificativ în direcția radială. Prin urmare, vântul într-un taifun atinge 30¸50 m/s; viteza maximă de 64 m/s a fost înregistrată în septembrie 1928 în orașul San Juan, (Puerto Rico). Vânturile tangenţiale înconjoară de obicei o zonă calmă numită ochiul unui taifun. Are in medie 25 km diametru, uneori 50-60 km. De-a lungul limitei sale se formează un perete tulbure, asemănător cu peretele unui puț circular vertical, Fig. 43. Când un taifun trece prin mare, nivelul apei în zona ochilor taifunului (și dincolo) crește. Conform relației (5.22), înălțimea de ridicare la p~900 mbar poate depăși un metru. Acest lucru este deja semnificativ. La urma urmei, creșterea presiunii apei are loc imediat pe o suprafață mare, măsurată în sute și mii de kilometri pătrați. Creșterea apei devine deosebit de periculoasă atunci când ochiul taifunului ajunge la coasta puțin adâncă (mai ales în golfurile înguste) și se formează o val de furtună.
taifunurile pot provoca inundații catastrofale pe uscat. O cădere de 500 mm într-o jumătate de zi nu este o excepție rară. Ca urmare a ploii abundente din timpul uraganului Agnes din iunie 1972, 2530 mm de ploaie au căzut pe Muntele Mitchell (Carolina de Nord, SUA) în mai puțin de 48 de ore.
Există o legendă faimoasă despre Potop. Potrivit unei ipoteze, descrierea potopului din Biblie este o repovestire a legendei sumerian-babiloniene despre o inundație excepțional de puternică care a avut loc în vremuri străvechi în cursurile inferioare ale Eufratului și a inundat aproape întreaga zonă joasă din Mesopotamia. Motivul se presupune a fi un taifun fără precedent în Golful Persic, care a provocat ploi abundente și a depășit mase uriașe de apă la gura Eufratului și valea râului. Ipoteza necesită, fără îndoială, o fundamentare și o verificare serioasă. Sunt cunoscute și alte ipoteze, vezi § 6.8.
Astfel, taifunurile sunt întotdeauna vânturi cu forță de uragan, inundații, distrugeri și pierderi de vieți omenești.
Tornadă (sau tornadă) - o mișcare vârtej de aer care are loc într-un nor de tunete, are forma unei pâlnii răsturnate, iar apoi se răspândește spre suprafața pământului (apa) sub forma unui trunchi rarefiat în interior. Tornadele sunt la scară mică. Rareori depășesc 1,5 km în diametru; multe au un diametru mai mic de 100 m. Viteza medie a deplasarii lor este de ~70 km/h, uneori ~100 km/h. Trunchiul poate fi reprezentat aproximativ ca un tub vortex. Viteza aerului în peretele tubului ajunge la 100¸150 m/s (și chiar mai mult). A existat o diferență de presiune de până la 80 mbar în interiorul și în exteriorul portbagajului. Distrugerea în timpul trecerii unei tornade este cauzată de viteza mare a vântului și de o scădere bruscă a presiunii, deoarece grosimea peretelui trunchiului este mică. O tornadă smulge copaci, răstoarnă mașini, trenuri, nave, ridică sau răstoarnă case, aruncă acoperișuri de pe ei sau le distruge complet. Se deplasează în lateral, uneori pe câțiva kilometri, diverse articole, animale. Pe parcurs, aspiră apa micilor lacuri, rezervoare, împreună cu flora și fauna care le locuiește, care este apoi transportată pe distanțe lungi și cade la pământ odată cu ploaia.
1. Alegeți răspunsurile corecte. Teritoriul Rusiei este dominat de: a) masele de aer arctic; b) aer latitudini temperate; c) masele de aer ecuatoriale.
2. Definiți un front meteorologic. Ce sunt fronturile atmosferice?
Frontul atmosferic - o zonă de tranziție în troposferă între mase de aer adiacente cu diferite proprietăți fizice(în primul rând temperatura). Fronturile pot fi: calde, reci si ocluzive (mixte).
3. Alegeți răspunsurile corecte. Un front atmosferic cald aduce: a) averse, furtuni; b) ploi prelungite; c) încălzire temporară; d) răcire rapidă; d) vreme senină.
Răspuns: B, C.
4. Ce este un ciclon? Ce este un anticiclon? Ce au in comun?
Un ciclon este un vortex atmosferic cu un diametru uriaș (de la sute la câteva mii de kilometri) cu presiune redusă a aerului în centru. Vremea în ciclon: schimbarea temperaturii (încălzire iarna, răcire vara), creșterea umidității, precipitații, presiune scăzută, vreme înnorată, creșterea vântului. Un anticiclon este o zonă cu presiune atmosferică ridicată în centru și presiune scăzută la periferie. Vremea în anticiclon: vânt slab, vreme senină și uscată, schimbarea temperaturii (rece iarna, caldă vara). Ciclonii și anticicloanele sunt vârtejuri atmosferice mari care transportă mase de aer. Pe hărți, ele se disting prin izobare concentrice închise (linii de presiune egală).
5. Potrivire. 1. Ciclon. A. Un mare vârtej atmosferic cu presiune ridicata in centru. 2. Anticiclon. B. Vreme înnorată. B. Vreme înnorată, caldă vara, geroasă iarna. D. Vortex atmosferic mare cu presiune scăzută în centru.
Raspuns: 1 - A, B; 2 - B, D.
6. Care vreme – ciclonică sau anticiclonică – duce la mai multă poluare a aerului? De ce?
Poluarea aerului atmosferic va fi mai mare în timpul anticiclonului, deoarece. este dominată de presiunea atmosferică ridicată, în care aerul are o mișcare descendentă. Astfel, emisiile provenite din sursele de poluare vor scădea și vor forma smog, în timp ce într-un ciclon un vânt puternic și curenții de aer ascendenți vor ridica și vor elimina emisiile de la întreprinderi.
7. Ce vreme - ciclonică sau anticiclonică - s-a instalat pe teritoriul tău localitateÎn această perioadă? De ce crezi asta?
Vremea anticiclonică s-a instalat acum, acest lucru este dovedit de o scădere bruscă a temperaturii (14 noiembrie) la -5, absența vântului și vreme senină, fără nori.
8. Observă cum se fixează vremea în zona ta cu trecerea fronturilor calde și reci. Cât de des se schimbă vremea? Cu ce este legat?
Vremea din regiune se schimbă frecvent, mai ales în perioada caldă. Acest lucru se datorează trecerii constante a fronturilor atmosferice care apar din cauza locație geografică regiune; Uralii de Sud se află în zona de influență a cicloanilor din vestul Atlanticului, care pot ajunge în Munții Urali, în masele de aer nordice ale Arcticii și în anticicloanele din estul Siberiei. Când trece un front cald, se formează nori cirus. Treptat, se transformă într-un voal alb continuu - în nori cirrostratus. Aerul cald se mișcă deja în atmosfera superioară. Presiunea scade. Cu cât linia frontului atmosferică este mai aproape de noi, cu atât norii devin mai denși. Soarele strălucește printr-un loc întunecat. Apoi norii devin mai jos, soarele dispare complet. Vântul se intensifică și își schimbă direcția în sensul acelor de ceasornic (de exemplu, la început a fost est, apoi sud-est și chiar sud-vest). Cu aproximativ 300-400 km înainte de front, norii se îngroașă. Încep ploaia slabă sau ninsoarea. Când frontul cald a trecut, ploaia sau zăpada s-au oprit, norii se împrăștie, se instalează încălzirea - a sosit o masă de aer mai caldă. Când trece un front rece, aerul cald se retrage și aerul rece se risipește în spatele lui. Sosirea lui provoacă întotdeauna o pușcă de frig. Dar când se deplasează, nu toate straturile de aer au aceeași viteză. Stratul cel mai de jos, ca urmare a frecării de pe suprafața pământului, este ușor întârziat, iar straturile superioare sunt trase înainte. Astfel, aerul rece se prăbușește pe aerul cald sub formă de arbore. Aerul cald este rapid forțat în sus și se creează grămezi puternice de nori cumulus și cumulonimbus. Norii de front rece poartă averse, furtuni, însoțite de vânturi puternice cu rafale. Ei pot ajunge foarte altitudine inalta, dar pe direcția orizontală se extind doar 20-30 km. Și, deoarece frontul rece se mișcă de obicei rapid, vremea furtunoasă nu durează mult - de la 15-20 de minute la 2-3 ore.Ca urmare a interacțiunii aerului rece cu o suprafață caldă subiacentă, se formează nori cumulus separati cu goluri. Apoi vine clarificarea.
Această educație este uimitoare - un vârtej! Diferă de alte fluxuri ale unui lichid sau gaz omogen numai prin natura mișcării, care include rotația în jurul axei interne. Dar, în comparație cu alte fluxuri, vortexul are o integritate, stabilitate și onoare de lungă durată remarcabile (vezi „Quantum” nr. 4, 1971)
Inelele de fum vortex eliberate de fumător zboară sus sub tavan, în timp ce fumul din țigara lui, care abia se ridică, se sparge în șuvoiale, se amestecă cu aerul și se răspândește. Experimentele clasice cu inele mari de vortex care lovesc peretele laboratorului cu o lovitură sunt descrise într-un articol al fizicianului experimental american R. Wood (vezi „Quantum” nr. 12, 1971).
În natură, vârtejurile apar în multitudine. Ele apar în acea parte a fluxului în care viteza se schimbă rapid în direcția perpendiculară pe flux. Toată lumea a văzut vârtejuri într-un râu rapid la trecerea de la un curent rapid la un curent lent lângă mal. Un întreg lanț de vârtejuri poate urmări un obiect în mișcare, să zicem o mașină. Sunt deosebit de convenabile de observat pe autostradă în zilele de viscol, când mașina este suflată de un vânt puternic în contra, iar fulgii de zăpadă arată mișcarea aerului transparent. Aceleași vârtejuri apar atunci când curg în jurul obstacolelor.
Natura vârtejitoare a unui vânt puternic a fost observată în 1821 de W. Redfield, proprietarul unui mic magazin din statul Connecticut (SUA), care, în timp ce conducea prin stat după furtună, a atras atenția asupra copacilor tăiați de vânt. . Într-un loc, vârfurile copacilor se întindeau cu capul spre nord-vest, în timp ce la o oarecare distanță vârfurile îndreptau exact în direcția opusă. Din aceasta, W. Redfield a concluzionat că furtuna a fost un sistem rotațional de vânt. Vorbind cu marinarii și analizând jurnalele navei, el a stabilit direcția de rotație a turbiilor mari și a găsit traiectoriile centrelor acestora. În 1831 a fost publicată lucrarea lui W. Redfield, subliniind rezultatele cercetărilor sale. Opinii similare au fost exprimate de omul de știință german W. Dove. În aceiași ani au fost construite primele hărți ale vântului.
În general, mișcările vortexului sunt caracteristice atmosferei Pământului. Cu toate acestea, nu toate vârtejele „fac vremea”. Vremea pe globul depinde puternic de prezența ciclonilor și anticiclonilor atmosferici giganți, care determină regimul vântului într-o anumită regiune a Pământului.
Orez. unu. Săgețile indică direcția vântului în ciclon.
Într-un sistem de vortex numit ciclon (Fig. 1), presiunea atmosferică scade de la periferie la centru. Prin urmare, în apropierea suprafeței Pământului, curenții de aer sunt direcționați spre centrul ciclonului. Toate cicloanele au o componentă de rotație a vitezei vântului. În emisfera nordică este în sens invers acelor de ceasornic, în emisfera sudică este în sensul acelor de ceasornic. În cicloanii în curs de dezvoltare (adică cei în care presiunea din centru continuă să scadă), se observă fluxuri ascendente. În același timp, se formează nori puternici și cad precipitații.
Ultimele două proprietăți ale ciclonului sunt în mod evident legate. De fapt, să alocăm mental un anumit volum de aer și să vedem ce se întâmplă când acesta crește. Intrând în straturi mai rarefiate ale atmosferei, acest volum se extinde, temperatura aerului din interiorul său scade, iar vaporii de apă conținuti în el se condensează.
Direcția de rotație a ciclonilor în diferite emisfere poate fi explicată prin acțiunea de răsucire a forței Coriolis (pentru detalii, vezi „Quantum” nr. 2, 1975), asociată cu rotația zilnică a Pământului. Amintiți-vă faptul binecunoscut că acțiunea de deviere a acestei forțe determină râurile să-și spele malurile drepte. Curentul de aer nu este reținut de țărm și, prin urmare, pe măsură ce se deplasează spre centru, se va abate la dreapta când este privit spre centru, adică în sens invers acelor de ceasornic când este privit de sus.
Rețineți că lângă ecuator însuși în banda de latitudine< 5° по обе стороны мощные вихри не образуются. Этот факт хорошо вяжется с приведенным объяснением, поскольку на экваторе горизонтальная составляющая силы Кориолиса равна нулю.
În sistemul de vortex al unui anticiclon, este opusul adevărat: presiunea crește, atingând un maxim în centrul vortexului. Curenții descendenți sunt prezente în anticiclonul în curs de dezvoltare. Pe măsură ce coboară, gazul se încălzește și se îndepărtează de starea de saturație cu vapori de apă. Prin urmare, anticiclonul se caracterizează printr-o vreme senină, ușor înnorată. Anticiclonii se rotesc în sensul acelor de ceasornic în emisfera nordică și în sens invers acelor de ceasornic în emisfera sudică. Directia de rotatie a anticiclonului se explica si prin actiunea de rasucire a fortei Coriolis.In functie de locul de origine, ciclonii se impart in tropicali si extratropicali.
 Orez. 2 |
 Orez. 3 |
Figurile 2 și 3 sunt vederi de sus ale ciclonilor extratropicali și respectiv tropicali. Un ciclon extratropical (uneori numit pur și simplu ciclon) este cel mai mare vârtej atmosferic, atingând câteva mii de kilometri. Înălțimea sa fluctuează între 2-4 și 15-20 km. Viteza vântului în el în cele mai multe cazuri nu depășește 40-70 km/h.
Dimensiunea transversală a unui ciclon tropical (numit și uragan, uragan tropical, taifun etc.) este mult mai mică - doar câteva sute de kilometri, înălțimea sa este de până la 12-15 km. Presiunea în uragane scade mult mai mică decât într-un ciclon extratropical. În același timp, viteza vântului atinge 400-600 km/h.
Cele mai mari viteze ale vântului într-un uragan sunt observate în jurul așa-numitului „ochi al furtunii” - o zonă de odihnă în partea centrală a uraganului. Punctul negru al formei corecte din figura 3 este ochiul furtunii. O descriere expresivă a ochiului unui uragan este dată de un martor ocular care a zburat prin taifun cu un avion de serviciu meteo - jurnalistul francez P.A. Molan, autorul cărții The Typhoon Chasers.
„Zburăm la o altitudine de 3 km într-o fântână cu diametrul de 22 km, în care plutesc mai mulți nori cirus, liniștiți ca jucăriile. Pereții acestei fântâni sunt o furtună imobilă, ținută de o cauză misterioasă. Este umplut. cu nori clocoti, cuprinsi de cele mai severe convulsii.Cand avionul se rostogoleste pe viraje, ochii se ridica in varful zidului, iesirea din aceasta fantana la 15 km deasupra noastra.Iar inaintea privirii noastre uluite, acesti ziduri clocotitoare se desfac, aceasta abis gigantic, această gaură mare, care ne-a făcut să numim întregul fenomen „ochiul unui taifun””.Rețineți că ciclonii extratropicali nu au „ochi”.
Zona de odihnă (cavitatea) este și mai pronunțată în vârtejuri la scară mică - tornade (tornade, cheaguri de sânge) (Fig. 4). Dimensiunile lor sunt foarte mici: lățimea - de la câțiva metri la 2-3 km, în medie 200-400 m, înălțimea de la câteva zeci la 1500-2000 m, în medie câteva sute de metri. Viteza vântului într-o tornadă depășește uneori viteza sunetului (1200 km/h).
În miezul unei tornade, presiunea scade foarte scăzut, astfel încât tornadele „sug” diverse obiecte, uneori foarte grele, pe care apoi le transportă pe distanțe lungi. Oamenii prinși în centrul tornadei au murit. Prin urmare, nu există observații ale cavității sale din interior. Dar ea a fost văzută de jos când tornada a trecut peste capul observatorului. Figura 5 este o fotografie a cavității interne a tornadei, luată de jos.
 |
 |
 |
| Orez. 4 | Orez. cinci | Orez. 6 |
Potrivit martorilor oculari, cavitatea tornadei arată ca interiorul unui cilindru gol negru, iluminat din interior de strălucirea fulgerului care fulgeră între pereți. În unele cazuri, observatorii nu au văzut fulgere.
Odată ce marginea inferioară a tornadei a trecut peste capul observatorului la o înălțime de 6 m. Lățimea cavității interioare a acestei tornade era de aproximativ 130 m, în timp ce grosimea peretelui era de numai 3 m. În mijlocul cavității se afla un nor strălucitor, transparent, strălucitor de lumină albastră. Puțin mai târziu, când tornada trecuse deja peste observator, capătul ei a coborât la pământ, a atins casa vecină și a dus-o într-o clipă. Casa s-a dezintegrat în aer.
 Orez. 7 |
Din lateral, tornada seamănă cu un stâlp (Fig. 6), cu o pâlnie (Fig. 7) sau cu un trunchi (Fig. 4), atârnând de la baza unui puternic nor de tunete. Se poate forma imediat un grup de tornade (Fig. 8). O schiță interesantă a unei tornade cu două pâlnii (Fig. 9). Partea orizontală a tornadei este ascunsă în norul negru - o formațiune de vortex care se rotește în jurul unei axe extinse paralel cu suprafața Pământului. Această parte a tornadei a fost văzută de un pilot care zbura la o altitudine de aproximativ 300 m. Potrivit acestuia, semăna cu un șarpe uriaș care se zvârcește. Un „șarpe” similar, transformându-se într-o tornadă, a fost odată observat de pe Pământ. „Șarpele” a fost umplut cu apă, pe care tornada a aspirat-o din lac. Se pare că partea orizontală a tornadei este asociată cu un imens inel de vortex, uneori format în nori. Ea apare înaintea tornadei în sine. |
Orez. 8. Schiță a trombelor de apă în 1840 în Marea Mediterană în largul coastei Algerului.
Orez. nouă. Schiță a tornadei din 1879 din Kansas (SUA).
Tornadele apar de obicei în zonele în care intră în contact mase de aer cu proprietăți termice puternic diferite, în zone cu mișcări verticale puternice și fluxuri convergente. S-a acumulat uriaș material factual cu privire la proprietățile fizice ale tornadelor (vezi cartea lui D.V. Nalivkin „Uragane, furtuni și tornade”). De exemplu, sunt cunoscute diferențe fantastic de mari în viteza vântului într-o tornadă.
S-ar părea că acțiunea forțelor de vâscozitate (frecare internă) ar trebui să netezeze claritatea imaginii. Totuși, să luăm un exemplu.
Tornadele sunt adesea observate în statele joase din America de Nord. Trecând prin ferme, ei distrug clădiri, în special cotețe de găini, împrăștiindu-și fragmentele departe de câmpie. La mare distanță de fermă se găsesc bucăți de carcase de pui rupte. Au fost cazuri când pereții și acoperișurile coșului de găini au dispărut, dar găinile au rămas pe loc, vii sau morți. Unii pui se găsesc smulși: tornada suge pene în sine. Poate că acest lucru este ajutat de faptul că în pielea puiului de la baza penelor există saci de aer care pot exploda dacă presiunea aerului din jur scade suficient de scăzută.
Într-un fel sau altul, un pui poate pierde pene doar dacă a fost într-o pâlnie de tornadă. Dar într-o zi au găsit un pui ale cărui pene au fost smulse doar pe o jumătate a corpului. Aceasta înseamnă că viteza vântului s-a schimbat la o distanță de câțiva centimetri de la „smulgere” la aproape de zero.
Este uimitoare capacitatea tornadelor de a înfige obiecte alungite (paie, bețe etc.) în copaci, pereții caselor, pământ etc.. Pietrele mici străpung sticla ca gloanțe trase dintr-un revolver.
 Orez. 10 |
S-a înregistrat un caz când, în timpul trecerii unei tornade, un baston de pin a străpuns o foaie de fier grosime de aproximativ un centimetru. Uraganele au aceeași calitate. În figura 10 vedem un băț care străpunge trunchiul unui palmier. Aparent, această abilitate este, de asemenea, asociată cu schimbări bruște ale vitezei în vortex. În ultimele decenii, vârtejuri mari au fost studiate de la aeronavele speciale de serviciu meteorologic. Radarele și sateliții meteorologici au făcut posibilă obținerea de „imagini” ale sistemelor eoliene globale. Fotografiile cicloanelor sunt deosebit de clare, deoarece sunt însoțite de acoperire puternică de nori și precipitații. După cum arată fotografiile, precipitațiile din cicloane sunt concentrate în benzi spiralate clar vizibile. Anticiclonul este transparent, precipitațiile în el sunt rare și, dacă cad, atunci de obicei la periferie sub formă de burniță. Prin urmare, anticicloanele sunt mult mai greu de distins pe fotografiile din satelit. |
Și totuși, în ciuda abundenței materialelor faptice, nu există încă o teorie consistentă a vârtejurilor. Acest lucru se datorează, în primul rând, faptului că, în fiecare caz specific de nucleare a vortexului, dezvoltarea acestuia este determinată de o mare varietate de factori externi. Nu este clar care combinație specială de condiții cunoscute va cauza dezvoltarea inițială a vortexului. De fapt, mai puțin de 10% din zonele de joasă presiune formate la tropice se dezvoltă până la etapele unui uragan, restul dispar fără urmă. Nu este încă posibil să se prezică dezvoltarea unui uragan sau a unei tornade în această situație particulară.
Teoria tornadelor este deosebit de slab dezvoltată. Iar ideea aici nu este doar că ele apar în mod neașteptat și în condiții mai diverse decât uraganele (de exemplu, tornadele se formează uneori în adâncurile continentului). Viteza enormă a vântului în tornade împiedică studiul lor experimental. Aceeași împrejurare nu permite nici un studiu consistent al acestui fenomen din punct de vedere matematic.
De fapt, nici la cea mai „aspră” întrebare – în ce direcție se va roti tornada – nu poate fi răspuns fără ambiguitate. Cu o viteză enormă de mișcare în interiorul unui vortex la scară mică, procesul periodic de rotație zilnică a Pământului se poate dovedi a fi prea lent pentru a interacționa activ cu procesul de mișcare internă rapidă, iar dezvoltarea unui astfel de vortex la scară mică va fi fi determinată numai de condițiile interne specifice ale gazului. Ele vor determina, de asemenea, direcția de rotație a vortexului. Prin urmare, dacă turbiiurile mari ale emisferei nordice - cicloane extratropicale și uragane - se rotesc în sens invers acelor de ceasornic, atunci rotația în sensul acelor de ceasornic nu este exclusă pentru tornadele din aceeași emisferă.
Pot exista cazuri de apariție simultană a două sau mai multe vâltoare în aceeași zonă. Odată aflate la o distanță suficient de apropiată unul de celălalt, astfel de vârtejuri încep să interacționeze între ele. Acest fenomen se numește efectul Fujiwara.
Să încercăm să descriem schematic „întâlnirea” a două vârtejuri. Pentru fiecare vârtej, regiunea de rotație intensă este separată de zona staționară de așa-numita regiune periferică, în care viteza scade treptat la zero. Imaginează-ți că două uragane se aflau la o asemenea distanță, încât centrul fiecăruia dintre ele a căzut în regiunea periferică a celuilalt. Lăsați, pentru certitudine, uraganele să se rotească în sens invers acelor de ceasornic. Fiecare dintre ele va pune în mișcare centrul „fratelui” său în așa fel încât acesta să se rotească în sens invers acelor de ceasornic în raport cu acesta. Este ușor de observat că acest lucru va duce și la rotația centrelor ambelor uragane și în sens invers acelor de ceasornic față de un punct situat pe segmentul de linie dreaptă care leagă centrele uraganelor, mai aproape de vortexul mai puternic. În atmosfera inferioară, aerul curge spre centrul uraganului, în timp ce în partea de sus curge departe de centru. În funcție de intensitatea acestor procese în această pereche particulară de uragane, ele se pot apropia unul de celălalt dacă predomină „aspirația” sau se pot retrage unul de celălalt dacă fluxurile de scurgere din straturile superioare se manifestă mai puternic.
În același timp, uraganele continuă să se influențeze reciproc tot timpul. În cuvintele fizicianului american K. Orr, mișcarea lor seamănă cu comportamentul boxerilor din ring, așteptând momentul să dea o lovitură decisivă. O schemă similară ne permite să luăm în considerare întâlnirea anticiclonilor și o pereche ciclon-anticiclon. În plus, poate fi extins și în cazul în care un vortex intră într-un curent puternic de aer și începe să interacționeze cu acesta.
Dezvoltarea unui vârtej este determinată de mulți factori și este practic imposibil să faceți presupuneri în avans cu privire la rezultatul „întâlnirii” a două vârtejuri.
Calea unui uragan deja dezvoltat se dovedește uneori a fi foarte lungă și, trecându-l, vortexul suferă diverse transformări. La părăsirea tropicilor, uraganul ia forma unui ciclon extratropical puternic. Cicloanele de furtună din Europa de Vest sunt adesea foste uragane tropicale care au trecut de-a lungul coastelor Americii de Nord și au traversat Atlanticul. Unii dintre ei, trecând prin Europa, merg apoi în Asia.
Când un uragan ajunge la uscat, din cauza „rugozității” suprafeței pământului, straturile sale inferioare încep să se prăbușească. În plus, trecând peste pământ, uraganul slăbește din cauza lipsei de „nutriție” – umiditate. Dar dacă uraganul se află din nou peste ocean, atunci partea superioară rămasă poate „desface mecanismul” cu aceeași forță. Lovind zonele dens populate de pământ, uraganul aduce mii de vieți omenești și provoacă pagube materiale enorme. Energia sa este enormă: într-o singură zi un uragan mare „cheltuie” energie egală cu energia unei explozii de bombe nucleare de 13.000 de megatone; energia cinetică a unui uragan mediu este egală cu rezerva de energie a 1000 de bombe atomice.
Activitatea uraganelor modifică relieful suprafeței pământului: insulele de corali dispar, țărmurile oceanelor „se mișcă”, apar noi strâmtori etc. Prognozele mișcărilor cicloanelor și anticiclonilor din ultimele două decenii au devenit mult mai fiabile datorită utilizării. de calculatoare și informații furnizate de sateliți, radare și avioane. Noi dispozitive și instrumente avansate vin în ajutorul serviciului meteorologic. Acest serviciu este în desfășurare.
Invenția se referă la meteorologie și poate fi utilizată pentru combaterea formațiunilor atmosferice vortex la scară largă. Structura este realizată sub forma unui suport central portant cu o structură simetrică centrală în formă de disc, amplasată orizontal, cu canale verticale montate pe acesta. Canalele au formă de hexagoane cu formarea de faguri pentru a asigura întoarcerea fluxurilor de aer de suprafață către vortexul principal și sunt dispuse într-o ordine hexagonală. Dimensiunea structurii în formă de disc este de 100-120 m. Lungimea canalului este determinată ca rădăcină pătrată a dimensiunii structurii. Înălțimea limitei superioare a structurii este de 25-30 m. O astfel de implementare constructivă va crește eficacitatea luptei împotriva formațiunilor atmosferice de vortex la scară largă. 11 bolnav.
Invenţia se referă la mijloace de influenţă activă asupra atmosferei, care se află într-o stare de mişcare vortex.
Nivelul tehnologiei.
Este cunoscut (Nalivkin D.V. Tornadoes. - M: Nauka, 1984. 112 p.) un fenomen natural ca o tornadă, tornadă sau cheag de sânge. Aceste nume unesc un proces fizic - un turbionar la scară mică, în comparație cu ciclonii și mezociclonii, o spirală ascendentă spre straturile superioare mișcarea aerului în atmosferă. Tornada aduce numeroase distrugeri și este însoțită de moartea oamenilor și a animalelor.
Cunoscut (Ross Hoffman. Comanda uraganelor. Jurnalul „În lumea științei”, nr. 1, 2005. http://www.sciam.ru/2005/1/meteo.shtml) o serie de mijloace de combatere a vârtejurilor atmosferice, a cărui esență este distrugerea vârtejului atmosferic la scară largă cu ajutorul costurilor suplimentare de material, energie, forță de muncă și alte resurse.
În toate cazurile, se dovedește că valoarea costurilor ar trebui să fie comparabilă cu rezervele de energie din vortexul atmosferic - acestea sunt, de exemplu, explozii în atmosfera învolburată a vortexului, încălzirea atmosferei, răcirea suprafeței apei oceanului, răcirea peretele miezului vârtejului, numit „ochiul vârtejului”, care este extrem de risipitor pentru umanitate. Alături de propunerile cu costuri mari, există inițial și cele dăunătoare mediului - de exemplu, filme artificiale pe suprafața mării sau oceanului, o explozie nucleară sau substanțe puternic hidrofile pulverizate în atmosferă.
În dezvoltarea noastră (brevetul nr. 2251835) este propusă o „Metodă de suprimare turbulentă a turbulenței în spate a formării de turbulențe sinoptice la scară largă”. Prezenta invenţie este o construcţie de dispozitiv conform acestei metode.
În metoda noastră (brevetul nr. 2251835), pentru a suprima vârtejul atmosferic, energia vârtejului în sine a fost folosită pentru a crea un grup de vârtejuri secundare de întoarcere, a căror energie este cheltuită pentru interacțiunea cu vârtejul principal. Acest lucru duce la o scădere forțată a energiei vortexului principal, conducând, în special, la o încălcare a condițiilor pentru apariția unei tornade, în urma căreia nu se formează sau este distrusă.
Pentru implementarea metodei, s-a folosit un dispozitiv cu zăbrele sub forma unui cilindru circular cu un grup de canale cilindrice circulare coaxiale dispuse în ordine hexagonală, cu umplere S=1-F 1 /F 2 = 0,8, unde F 1 este aria secțiunii transversale totală a canalelor și F 2 - suprafata totala secțiuni de zăbrele. Raportul dintre înălțimea h a corpului cilindric al rețelei și diametrul său d a fost egal cu 0,1.
În varianta utilizată, dispozitivul destinat formării fluxurilor de vortex returnate permite îmbunătățirea în ceea ce privește reducerea rezistenței globale a dispozitivului la curgerile returnate, optimizând însăși forma canalelor, grosimea și dimensiunea exterioară totală a dispozitivului- structura.
Rezultatul tehnic al creșterii eficienței dispozitivului-structură se realizează prin utilizarea unei forme hexagonale a canalelor, care formează împreună un corp sub formă de faguri, construit sub forma unei structuri axisimetrice având un suport central, așa cum se arată în Fig.1. Dimensiunea exterioară a structurii este determinată de scara miezului formării vortexului atmosferic, dimensiunea internă - dimensiunea transversală a canalelor - este determinată ca rădăcina pătrată a dimensiunii externe a structurii și înălțimea canal ca rădăcină pătrată a dimensiunii canalului.
REZUMATUL INVENŢIEI
Să trecem la datele originale.
1. Despre tornadă se știe următoarele.
O tornadă (tornadă, tromb) este un vârtej atmosferic de mică întindere orizontală (rază caracteristică 50-300 m, rar până la 1 km) și intensitate mare.
Ea ia naștere într-o celulă convectivă asociată cu un nor de tunet și are forma unei pâlnii care coboară din nor (o serie de pâlnii, un stâlp etc.). Pâlnia este umplută cu aer care se mișcă încet în jos. Suprafața sa este aproape izobară.
O tornadă este însoțită de furtună, ploaie, grindină și, dacă pâlnia ajunge la pământ, provoacă pagube importante.
Tornadele sunt împărțite în: slabe - cu viteze ale vântului de până la 50 m / s (aproximativ 70% din toate tornadele); puternic - cu o viteză a vântului de 50 până la 100 m / s (aproximativ 28%); și violent - cu viteze ale vântului de peste 100 m/s (~2%). În tornade puternice și posibil violente, curentul ascendent se ridică, învârtindu-se într-un strat subțire care înconjoară pâlnia. Potrivit unor estimări, viteza vântului într-o tornadă poate depăși viteza sunetului. Înălțimea tornadei este de obicei de 800-1500 m. Presiunea în miezul tornadei este cu 10-15% mai mică decât la periferia acesteia.
O tornadă apare de obicei în fața unui front rece și se mișcă aproximativ în aceeași direcție cu frontul, cu o viteză de câteva zeci de metri pe secundă (până la 60), trecând 40-60 km (până la 300) în câteva minute. ore de existenţă.
În procesul de apariție și formare, o tornadă este asociată cu un ciclon de mezo scară, așa-numitul. o tornadă-ciclon cu o rază de 5-25 km, o viteză tangenţială de 15-25 m/s şi o vorticitate în vecinătatea unei tornade de ordinul a 10 -2 s -1 .
O tornadă se formează de obicei în apropierea axei unei tornade-ciclon rotative în regiunea dintre curenții ascendenți și curenți descendenți în partea din spate a celulei furtunii.
Acum nu există nicio îndoială cu privire la rolul forfecării verticale a vântului în formarea vortexurilor atmosferice.
Un număr mare de lucrări și o varietate de abordări teoretice, totuși, nu rezolvă toate îndoielile cu privire la rolul diferitelor procese fizice în mecanismul de formare și autoîntreținere a unei tornade.
Studiile de teren ale tornadelor sunt complicate, în primul rând, de o mare varietate de vârtejuri atmosferice și de condițiile de apariție a acestora, ceea ce face dificilă analiza datelor experimentale și, în al doilea rând, de dimensiunile spațiale relativ mici ale tornadei, care nu permite unul pentru a rezolva în mod fiabil structura fluxurilor ascendente și descendente (Applied Physics, 2001, nr. 1, pp. 56-61. La întrebarea privind formarea și caracteristicile geometrice ale unei tornade. U. Yusupaliev, EP Anisimova, AK Maslov, SA Shuteev, Universitatea de Stat din Moscova, Moscova, Rusia. http) ://www.vimi.ru/applphys/2001/1/f1-8.htm)".
2. Despre unele concepte teoretice referitoare la fenomenul turbulenței atmosferice (A.V. Kolesnichenko, M.Ya. Marov. Turbulența mediilor multicomponente. M., MAIK „Nauka”, 1999. 336 p.).
Turbulenta se numește mișcare haotică instabilă a unui lichid (gaz), suprapusă mișcării principale a mediului, care poate fi reprezentată ca o mișcare medie statistic. Astfel de moduri de mișcare a fluidului apar atunci când stabilitatea unei mișcări laminare ordonate se pierde, când numărul Reynolds adimensional Re=VL/υ (unde V, L sunt viteza caracteristică și scara liniară a curgerii, υ este vâscozitatea cinematică) depășește o anumită valoare critică Re cr. Într-un sens mai general, turbulența este una dintre formele de manifestare a diversității de mișcare a sistemelor hidrodinamice, care au un număr foarte mare de grade de libertate și un grad ridicat de neliniaritate. Într-un astfel de sistem, pe măsură ce numărul Re crește, se formează noi legături macroscopice, iar structura de curgere internă (la scară mică, vortex) devine complet haotică. În același timp, pe fundalul său, apar adesea structuri de vortex coerente (aproape ordonate) la scară largă, astfel încât, dacă apariția turbulenței caracterizează trecerea de la ordine la haos, atunci într-un flux turbulent dezvoltat (la Re≫Re cr) , ordinea se naște din haos.
În intervalul de scări de la milimetri la mii de kilometri l≪r≪L (unde l și L sunt așa-numitele scale interne și externe de turbulență), acoperind aproape întregul spectru al proceselor dinamice din atmosferă, un proces în cascadă de are loc transferul de energie de la mișcări vortex la scară mare la scară mică. Modul cvasi-staționar de existență a unui astfel de mecanism în cascadă în atmosfera turbulentă a Pământului este caracterizat de o valoare aproximativ constantă (independentă de scara vortexului r) ε 0 ≈0,0003 m 2 /s 2 , care, pe de o parte, , este rata de transmisie energie kinetică rotația vârtejului de la vârtejuri atmosferice mari la vârtejuri mai mici și, pe de altă parte, caracterizează viteza specifică de disipare a energiei turbulente (cinetice) în căldură datorită vâscozității moleculare, care are loc în vârtejurile cu dimensiunea minimă a lui Kolmogorov lk =υ 3/4 ε 0 -1/ 4 ·υ=0,16·10 -4 m 2 /s - coeficientul de vâscozitate moleculară a atmosferei.
Coeficientul de vâscozitate turbulentă υ T , corespunzător „legii a patru treimi” empirice Richardson-Obukhov (aceeași lege rezultă și din considerațiile teoriei dimensiunilor și similitudinii) are forma
Pentru numărul de undă k=f/V=1/r, unde f=ω/2π este frecvența de oscilație în s -1 sau hertzi și ω este frecvența circulară și V este viteza medie a curgerii la nivelul considerat al atmosferă, vâltoare de scară diferită, expresia ( 1) permisă cu privire la r poate fi scrisă ca
3. Despre procesul în cascadă al transferului de energie de mișcare de la vârtejuri la scară mare la scară mică (TE Faber. Hydroaerodynamics. M., Postmarket, 2001. - 560 p.).
Când energie este furnizată mișcărilor la scară mare, a cărei scară caracteristică este, de exemplu, k 0 =1/L, iar rata acestei aport pe unitatea de masă de lichid este egală cu ε 0 . Din mișcările la scară mare, într-o cascadă continuă, are loc reîncărcarea cu energie a mișcărilor cu numere mari de undă k=1/r și, ca urmare, disiparea continuă a energiei în căldură. Din considerente dimensionale, putem concluziona că spectrul staționar pentru turbulența omogenă și izotropă poate fi scris sub forma
Valoarea disipării în intervalul dk poate fi calculată: pe unitatea de masă, este egală în ordinea mărimii cu υk 2 Edk, unde υ=η/ρ este vâscozitatea cinematică, η este vâscozitatea dinamică, ρ este densitatea mediu. Ținând cont de această disipare, viteza ε a transferului de energie cinematică în cascadă, pe unitatea de masă și pe unitatea de timp, ar trebui să scadă odată cu creșterea k pe măsură ce
Înlocuirea (2) în (3) dă
Astfel, se dovedește că fluxul de energie cinetică ε, transferat de la vârtejurile mari la cele mai mici, scade odată cu scăderea dimensiunii vârtejurilor. Transferul de energie în cascadă poate fi mărit forțând scara vârtejului original în vârtejuri mai mici.
Acestea. devine evident că cu cât mărimea vortexurilor secundare nou formate este mai mare, cu atât vortexul principal își pierde energia mai intens. În consecință, o structură plasată în câmpul unui vârtej atmosferic trebuie, în primul rând, să producă vârtejuri secundare, iar în al doilea rând, dimensiunea regiunii perturbate de vârtejuri trebuie să reducă efectiv intensitatea vârtejului principal.
Structura trebuie să fie un corp cu canale care formează un grup de vârtejuri din fluxurile returnate de vârtejul principal.
4. Tranziția de la gaz la lichid (L.D. Landau, E.M. Lifshits. Hidrodinamică. „Nauka”. M., 1988.)
Valoarea disipării energiei în flux ε˜(υ T l) 3 /l˜(υRe/Re crit) 3 l 2 . Dacă pentru aer ε 0 ˜0,0003 m 2 /s, iar vâscozitatea υ=1,5 10 -5 m 2 /s, atunci cu vâscozitatea apei υ=0,1 10 -5 m 2 /s pentru mediul de apă turbulente, se poate obține estimarea ε 0B ˜0,0000001 m 2 /s.
5. Cum apare momentul de rotație în fluxul de lichid care a intrat în canalul dispozitivului?
Să considerăm un vârtej de potențial plat al unui lichid ca o secțiune a unui vârtej volumetric în planul unui filament de vortex perpendicular. Rotația fluidului se realizează cu o viteză unghiulară ω=∂ϕ/∂t în sens pozitiv, adică. în sens invers acelor de ceasornic. Să evidențiem o parte a suprafeței vortexului sub forma unei părți a unui inel cu razele r 1 și r 2 tăiate de două fascicule radiale cu un unghi de divergență ϕ. Dacă presupunem că partea selectată a zonei inelului este o urmă a intrării canalului în care intră lichidul, atunci se poate demonstra că lichidul atras brusc în canal are un cuplu pozitiv diferit de zero. Acest lucru este confirmat experimental. În figura 2, de exemplu, puteți vedea cum modelul celular se rotește în sensul acelor de ceasornic într-un mediu lichid care se mișcă ca un potențial vortex cu rotație în sensul acelor de ceasornic. În cazul mișcării unui mediu lichid în sens invers acelor de ceasornic, fagubelul scufundat în el capătă și mișcare de rotațieîn sens invers acelor de ceasornic. Acest lucru confirmă experimental apariția vorticității fluidului și, în consecință, tranziția unei părți din cuplul total sau intensitatea vortexului la vortexuri secundare nou formate. Setul de vortexuri secundare care interacționează cu pereții structurii duce la apariția unui moment de rotație la nivelul structurii. Între timp, pentru vortexul potențial inițial proprietate caracteristică este absența vorticității în orice regiune selectată care nu conține centrul vortexului.
6. Ce formă ar trebui să aibă canalele?
Cu o mare varietate de forme, cea mai bună formă ar trebui considerată hexagonală din următoarele motive:
6.1. Un fagure format din astfel de canale are cea mai scăzută rezistență în comparație cu o grilă sub formă de placă perforată cu canale cilindrice sau un fagure cu canale tubulare datorită micii parametrului de umplere S. În cazul nostru, S=0,08 pentru un fagure. celulă și S=0 ,8 pentru forma rețelei utilizată anterior, ceea ce îmbunătățește eficiența dispozitivului cu un ordin de mărime. Eficiența constă în faptul că, datorită transparenței mai mari, în crearea de vârtejuri este implicat de zece ori mai mult mediu în cazul unui fagure decât în cazul unui zăbrele.
6.2. Când un flux turbitor trece prin celulele de tip fagure, nu există o suprimare semnificativă a vorticității curgerii din cauza turbulenței mediului, care este determinată de forma canalului. Acest tip de optimitate este sugerat (TE Faber. Hydroaerodynamics. M., Postmarket, 2001. - 560 p.) prin natura (celule Benard).
Vom folosi informațiile de mai sus pentru a obține estimări ale dimensiunilor externe și interne ale structurii propuse.
Dacă presupunem că înălțimea h a stratului atmosferic implicat în crearea unei tornade este de 800 de metri, viteza maximă orizontală V a curgerii este de 100 m/s iar vâscozitatea atmosferei este υ=1,5 10 -5 m 2 /s, atunci numărul Reynolds Re se dovedește a fi egal cu Re=Vh/υ=5·10 9 , ceea ce indică natura turbulentă a mișcării mediului. Iar aplicarea formulei (1) face posibilă estimarea vâscozității turbulente υ T ∝ε 0 1/3 r 4/3 =500 m 2 /s pentru acest strat.
La rândul său, formarea și dezvoltarea durabilă a turbulenței în fluxul fluidului are loc la numărul Reynolds Re=2000. Aceasta înseamnă că la h=800 m, V=100 m/s. Re=2000 vâscozitatea turbulentă poate fi estimată ca υ T =40 m 2 /s. Apoi, conform (1), dimensiunea zonei de perturbare ca scară principală a sursei de turbulență în aceste condiții, care determină dimensiunea transversală a structurii, este estimată la r≈120 m. Acest lucru este în bună concordanță cu dimensiunea miezului unei tornade sau tornade.
În plus, este bine cunoscut (L.D. Landau, E.M. Lifshitz. Hidrodinamică. „Nauka”. M., 1988) un fenomen numit criza de rezistență: în intervalul numerelor Reynolds Re≈4 10 6 ca acest număr, există un scăderea bruscă a rezistenței mediului atunci când un corp este scufundat în el și apoi există și o creștere bruscă a acestei rezistențe. Comparând valoarea indicată a numărului Reynolds cu valoarea sa critică Re cr ≈2 10 3 , ajungem la concluzia că pentru raportul scărilor vortexurilor în timpul fragmentării lor succesive în cascadă de la cele mari cu dimensiunea L la cele mici cu dimensiunea r. , se aplică regula
Argumentarea suplimentară a eficacității unei astfel de reguli pentru o cascadă de vârtejuri nu este dată în prezenta descriere. Dar rețineți că pentru un canal separat al structurii, estimarea dimensiunii canalului (conform (5) și dimensiunea exterioară a structurii de 120 m) se dovedește a fi ≈11 m. Apoi lungimea canalului este ≈ 3,4 m.
Mai departe. Profilul orizontal de viteză V al fluxului este descris de dependența logaritmică V≈alg(h/h 0). Cu a = 47,3 și h 0 = 6,15, obținem V = 100 m / s la o înălțime de h = 800 m, V = 30 m / s la o înălțime de h = 26,5 m, viteza vântului și la h = 10 m - V=10 m/s.
Dimensiunea caracteristică a „trunchiului” unei tornade distructive este de la 20 la 500 m. canale și, prin urmare, în interiorul canalelor la ieșirea din acestea. Re=2000 este condiţia menţinerii dezvoltării turbulenţei, atunci estimarea vâscozităţii locale a curgerii la acest nivel este υ T =0,3 m 2 /s. Și conform (1), scara perturbării suportate de astfel de condiții este estimată la 3 m, ceea ce determină complet înălțimea canalului structurii. Cu toate acestea, pentru a crea condiții în canal pentru formarea unui vârtej dintr-un flux care se mișcă ciclic, este necesar să creșteți înălțimea canalelor la ~10 m. La o înălțime mai mare, ar trebui să vă așteptați la o creștere a rezistenței. a structurii, care se exprimă într-o creștere a suprimării vârtejurilor secundare la scară mare de către formațiunile de vârtejuri la scară mică proprii canalului, reducând canalele de „transparență” pentru fluxurile care curg prin acestea și eficacitatea impactului acestora asupra principalelor vârtej. „Turbulența intrinsecă apare și are un maxim în regiunea de ieșire a curgerii din canal. Apoi are loc o scădere destul de rapidă a scarii turbulenței intrinseci și o creștere a turbulenței datorită interacțiunii fluxurilor (EU Repik, Yu.P. Sosedko. Controlul nivelului de turbulență. Ed. Fiz. - literatura mat. M., 2002. - 244 p.)".
Pierderea de energie de către vortexul principal poate fi împărțită în două părți. Primul este pierderile la nivel micro, al doilea este pierderile la nivelul unei scale comparabile cu scara vârtejului însuși. Pierderi la micronivel - pierderi ireversibile de disipare a energiei cinetice a mediului în energie termică. Despre aceste pierderi se știe din cele de mai sus că vârtejul principal „nu le observă”. Pierderile de energie ale celui de-al doilea nivel sunt pierderile de energie pentru menținerea vârtejului din cascada fragmentării succesive a vârtejului principal în altele mai mici - aici are loc cel mai energetic transfer de energie de la un vârtej la scară mare la vârtejurile la scară mică.
În consecință, structura trebuie să returneze fluxul mediu care a trecut prin ea sub forma unui element al unei cascade de vârtejuri, gata să interacționeze atât cu vârtejul principal în sine, cât și între ele, reducând efectiv energia cinetică a mișcării vortexului de vortexul principal.
Invenția este ilustrată prin ilustrații, în care:
Fig.1. Proiecție dimetrică a unei structuri-dispozitiv cu un element activ trunchiat 1 sub formă de faguri cu canale hexagonale și un suport cilindric central 2.
Fig.2. Fotografia unui model de apă a unei atmosfere învolburate. Rotirea în sensul acelor de ceasornic a stratului de lichid excită mișcarea de rotație a modelului de fagure în mediul lichid și în sensul acelor de ceasornic. Particulele de vizualizare au fost concentrate în centrul vasului.
Fig.3. Fotografia modelului mediu pentru crearea unui vortex sub forma unui strat de apă într-un recipient cilindric cu diametrul de 0,4 m; cantitatea de apă este de 6 litri, nivelul suprafeței libere este de ~5 cm, adaosul de particule care vizualizează curgerile. Modelul mediului în repaus după finalizarea mișcării libere de rotație a fluidului.
Fig.4. Fotografie a modelului elementului activ al structurii sub forma unei grile cu o dimensiune exterioară de 6,5 × 6,5 cm, o dimensiune a celulei de 2,5 × 2,5 mm și o grosime a firului de 0,5 mm.
Fig.5. Fotografie a modelului elementului activ al structurii sub formă de zăbrele - un cilindru circular de 5 cm în diametru și 5,5 mm înălțime, perforat într-o ordine hexagonală cu găuri cilindrice de 5 mm în diametru.
Fig.6. O fotografie a unui model al elementului activ al structurii sub forma unui fagure - un corp plan-paralel compus din canale hexagonale asemănătoare fagurelor, de 5,5 mm înălțime, cu o latură a canalului hexagonal de 10,0 mm și o dimensiune exterioară de 8 ×7,5 cm 2 .
Fig.7. Sunt prezentate rezultatele experimentale ale măsurării dependenței vitezei unghiulare f în rotații pe secundă de rotație a mediului de numărul de rotații N ale mediului. Datele experimentale sunt aproximate prin linii de tendință, adică curbele care cel mai bine (în sensul apropierii valorii coeficientului de corelație R la unitate) descriu comportamentul acestor date. 1 - ◆, strat de apă, linia de tendință f1=0,0035N2-0,0993N +0,865 și coeficient de corelație R2=0,9798; 2 - Δ, strat de apă cu element de grilă activ, linie de tendință f2=0,0029N2 - 0,081N+0,6041 și coeficient de corelație R2=0,9937; 3 - , ---- strat apă cu un element de rețea activ, linia de tendință f3=0,0024N2 - 0,0673N+0,516 și coeficient de corelație R2=0,9915; 4 - strat de apă cu un element activ al celulei fagure, linia de tendință f4=0,6324e-0,2595N și coeficient de corelație R2=0,9865.
Fig.8. Fotografie a procedurii de excitare de către un activator (o duză care se rotește electric) a unei mișcări de rotație în sensul acelor de ceasornic a apei prin punerea în contact a duzei și a suprafeței libere a apei în centrul vasului.
Fig.9. O fotografie a unui vas cu o urmă sub forma unei concentrații de particule de vizualizare în centrul vasului, lăsată de un vortex principal liber în prezența unui model de structură de grilă în momentul calmării generale a apei.
Fig.10. O fotografie a unui vas cu o urmă sub forma unei concentrații de particule de vizualizare pe o parte a cercului, lăsată de un vortex principal liber atunci când se mișcă în sensul acelor de ceasornic în prezența unui model de structură reticulat în momentul calmării generale a apă.
Fig.11. O fotografie a unui vas cu o urmă sub forma unei concentrații de particule de vizualizare pe o parte a cercului lăsată de un vortex principal liber atunci când se mișcă în sensul acelor de ceasornic în prezența unui model de structură de tip fagure în momentul calmării generale a apei .
Pentru a demonstra implementarea soluției tehnice propuse, vom folosi metoda modelării fizice.
A. Rolul atmosferei va fi jucat de apă.
În acest caz, folosim aproximația binecunoscută că mediul de aer poate fi considerat un lichid cu o densitate mai mică decât cea a apei.
De exemplu. L. Prandtl. Hidroaerodinamica. Dinamica R&C. Moscova-Ijevsk. 2002. Pg.18-19.
„Gazele diferă de lichide prin aceea că, cu o presiune suficient de mare, pot fi comprimate la un volum foarte mic; pe de altă parte, dacă unui gaz i se oferă mai mult spațiu decât cel pe care îl ocupă, atunci gazul se dilată: se umple uniform. tot spațiul prevăzut, dar presiunea acestuia scade.În caz contrar, comportamentul gazelor este foarte asemănător cu comportamentul lichidelor: În repaus, ele, ca și lichidele, nu prezintă nicio rezistență la deformare, iar în timpul deplasărilor interne, ele, ca și lichidele. Prin urmare, atâta timp cât nu există o modificare a volumului, comportamentul unui gaz nu diferă calitativ de comportamentul unui lichid care ocupă în întregime - fără formarea unei suprafețe libere - același spațiu ca un gaz.
B. Modelul mediului pentru crearea unui vârtej în cazul nostru este un strat de apă într-un recipient cilindric cu un diametru de 0,4 m, cantitatea de apă este de 6 litri, nivelul suprafeței libere este de ~5 cm și adaosul este particule care vizualizează fluxurile. Figura 3 prezintă o fotografie a unui astfel de model în stare de repaus a lichidului.
criterii de similitudine. (A.M. Mkhitaryan. Aerodinamică. M., „Inginerie”, 1976, - 448 p.). La compararea rezultatelor studiilor de teren și a celor model folosind numărul Reynolds, apare o legătură între dimensiunile la scară completă și vâscozitatea cu cele aerodinamice din tunel: υ n / υ m (r n / r m) n de 2 ori.
Prin urmare, făcând estimări, obținem că modelul nostru al vortexului în mediu acvatic satisface conditiile de asemanare: daca ν T n =500 m 2 /s, r n =800 m, υ T m =8,6 10 -5 m 2 /s, (ν T n / ν T m) 0,5 ≈2400 ˜ 800/rm , apoi rm ˜0,33 m, ceea ce este destul de apropiat de dimensiunea modelului de vortex dat de un vas cu diametrul de 0,4 m.
Simularea mișcării vortexului se realizează prin agitare circulară uniformă forțată de-a lungul perimetrului vasului până în momentul apariției unei mișcări ciclice stabile a mediului cu o rază de r=0,18 m la o viteză liniară de 1,1 m/ s sau la o viteză unghiulară de o rotație pe secundă. Când vâscozitatea apei este ν=0,1·10 -5 m 2 /s, numărul Reynolds Re=2·10 5 .
C. Următoarele sunt utilizate ca elemente active ale modelelor de structură:
1. grilă cu dimensiunea exterioară de 6,5×6,5 cm2, dimensiunea celulei de 2,5×2,5 mm2, grosimea firului de 0,5 mm (fig. 4);
2. zăbrele - un cilindru circular cu diametrul de 5 cm și înălțimea de 5,5 mm, perforat în ordine hexagonală cu găuri cilindrice cu diametrul de 5 mm (figura 5);
3. fagure - corp plan-paralel compus din faguri hexagonali, înalți de 5,5 mm, cu latura canalului hexagonal de 10,0 mm și dimensiunea exterioară de 8×7,5 cm 2 (Fig.6).
D. Apa, pusă în mișcare ciclică și apoi lăsată în stare liberă, prezintă un comportament tipic pentru acest caz, în care particulele de vizualizare se adună în centrul vasului. Acest lucru poate fi văzut în figura 3, care prezintă o fotografie a stării descrise a lichidului.
Figura 7 prezintă rezultatele experimentale ale măsurării dependenței vitezei unghiulare f a rotației mediului de numărul de rotații N ale mediului. Datele experimentale sunt aproximate prin linii de tendință, adică curbe care descriu cel mai bine (în sensul apropierii valorii coeficientului de corelație de unitate) comportamentul acestor date.
Din grafice se poate observa că fagurele are cele mai bune proprietăți pentru reducerea energiei cinetice a mișcării de circulație a mediului. La agitarea lichidului pentru a-i da o viteză unghiulară de o rotație pe secundă, fagurele plasat în el contracarează activ acest lucru, stingând foarte repede mișcarea ciclică a lichidului. Acest lucru poate fi văzut în fig.7 comparând curbele 1 pentru lichid și 4 pentru lichid cu un fagure. Comportamentul apropiat de acesta este relevat de rețea (curba 3). Dar, datorită transparenței sale mai mici, are o productivitate mai mică a vârtejurilor secundare și, prin urmare, o eficiență mai mică de influențare a vârtejului principal. Mișcarea ciclică a mediului este încetinită semnificativ de grilă (curba 2). Totuși, în acest caz, eficiența mai scăzută a rețelei față de fagure și rețea se explică prin faptul că, prin intensificarea turbulenței intrinseci la microscală a mediului și contribuind la scăderea energiei mișcării ciclice a mediului la cel mai scăzut nivel de turbulență, grila nu generează vârtejuri stabile la scară mare. Și acest lucru duce la faptul că principalele mișcări vortex la scară mare, așa cum era de așteptat, „nu observă” microturbulențe.
La o viteză (convergentă față de centrul vortexului din regiunea inferioară a vasului) a fluxurilor de 0,1 m/s și dimensiunea unei celule individuale de tip fagure egală cu 0,02 m, numărul Reynolds Re=2 10 3 , ceea ce înseamnă că, la viteze mai mici, fluxurile convergente de celule Honeycomb încetează să fie regiuni de generare stabilă a turbulențelor la scară mare, care se exprimă în convergența curbelor din regiune. un numar mare revoluțiile făcute de lichid, adică după un timp suficient de lung. Acest lucru poate fi văzut în Fig.7.
E. Informații suplimentare despre influența structurilor care atenuează mișcarea vortexului principal.
Într-un mediu acvatic care conține modele de structuri sub formă de grilă, zăbrele sau fagure, o mișcare de rotație a fost excitată de un activator sub forma unei duze cilindrice axisimetrice cu o acționare electrică (Fig.8). Duza rotativă a fost adusă în centrul vasului circular în contact cu suprafața liberă a stratului de apă conținut în acesta. Apa a dobândit o mișcare circulară de rotație în sensul acelor de ceasornic, a cărei viteză unghiulară maximă a fost atinsă în 10 secunde de la menținerea activatorului în contact cu apa. După aceea, contactul dintre dispozitiv și apă a fost întrerupt și apoi a fost observat comportamentul vortexului artificial rezultat.
În fotografiile din figurile 9, 10, 11, în urma urmei lăsate de particulele de vizualizare, se poate observa stingerea diferită a vortexului principal. În Fig.9 structura-grilă stinge vârtejul astfel încât traseul să fie situat în principal în centrul vasului. În Fig.10, structura-rețeaua forțează vortexul să părăsească partea centrală a vasului și să facă o cale sub formă de cerc. În Fig.11, structura-fagure obligă vârtejul să părăsească partea centrală a vasului și să facă un traseu sub formă de cerc, dar cu o rază mai mare decât cercul din Fig.10.
Comparând rezultatele observațiilor pentru diferite structuri, ajungem la concluzia naturală că structura-grilă într-o măsură mai mare servește în principal la excitarea microturbulenței, care accelerează disiparea energiei vortexului principal. Structura-zăbrele dă naștere la vârtejuri de o scară mai mare, adică. de o asemenea amploare încât vârtejul principal începe să se comporte ca un vârtej în prezența unui alt vârtej. Acestea. vârtejul principal este deplasat față de centru, ca dintr-un punct, care este centrul de mișcare a două vârtejuri. În viitor, vârtejul principal își pierde destul de repede energia de mișcare, ceea ce duce la pierderea energiei de către vârtejurile secundare și, în consecință, la întoarcerea centrului vârtejului principal în centrul vasului. În cazul unei structuri în fagure, vârtejul principal pierde și mai multă energie de mișcare, ceea ce duce la creșterea intensității vârtejurilor secundare și, în consecință, la o rază mai mare a cercului - urma vârtejului principal.
Este de remarcat faptul că particulele de redare lasă o urmă de vortex, foarte asemănătoare cu urmele unei tornade, formată din resturile a tot ceea ce a distrus.
E. Din rezultatele de mai sus rezultă că:
1. Structura ar trebui să fie compusă din două părți - active, care servește la atenuarea energiei de rotație a vortexului atmosferic și un suport central de rulment.
2. Partea activă a structurii trebuie realizată sub formă de faguri cu un indice de umplere S≈0,1 sau mai mic.
3. Mărimea exterioară a părții active a structurii este determinată de dimensiunea miezului vortexului atmosferic. Pe baza dimensiunii tipice a unei tornade, aceasta este de 100÷120 de metri.
4. Cea mai bună formă a canalelor părții active a structurii ar trebui să fie o formă hexagonală.
5. Dimensiunea internă - dimensiunea unui canal separat al structurii este determinată de dimensiunea trunchiului în cazul unei tornade sau tornade. Pe baza dimensiunii tipice a unei tornade, aceasta este de 12÷20 de metri.
6. Nivelul de amplasare a limitei superioare a structurii este determinat de înălțimea în intervalul 25÷30 de metri, care este determinată în funcție de profilul vitezei vântului printr-o încetinire logaritmică semnificativă a creșterii valorilor orizontalei. viteza fluxurilor de aer cu înălțimea.
7. Înălțimea canalelor părții active a structurii este de 5÷10 m.
8. Nivelul de amplasare a limitei inferioare a părții active a structurii este determinat de înălțimea canalelor structurii și profilul terenului, care dă o estimare de 10÷20 m pentru înălțimea suportului.
9. Forma conturului limitei exterioare a structurii trebuie să fie axisimetrică din motive de necesitate a echivalenței azimutale a structurii.
Structură de influență activă asupra formațiunilor atmosferice vortex la scară largă, realizată sub forma unui suport central portant cu o structură simetrică centrală în formă de disc amplasată orizontal montată pe aceasta cu canale verticale sub formă de hexagoane cu formarea de faguri pentru a asigura întoarcerea fluxurilor de aer de suprafață către vortexul principal și aranjate într-o ordine hexagonală, iar dimensiunea structurii în formă de disc este de 100-120 m, lungimea canalului este determinată ca rădăcina pătrată a dimensiunii structurii și înălțimea limitei superioare a structurii este de 25-30 m.
Invenția se referă la domeniul meteorologiei și ecologiei aplicate, și anume la dispozitive pentru modificarea condițiilor atmosferice, folosind încălzirea termică a aerului pentru obținerea convecției masei de aer, care asigură îndepărtarea poluanților atmosferici din zona de suprafață prin stratul de inversare către straturile superioare. a atmosferei
Invenția se referă la ecologie, în special la evaluarea conținutului de metale grele precum Cu, Ni, Co, Pb, Zn, în aerul atmosfericîn funcție de gradul de acumulare a acestora de către țesuturile de mușchi cu frunze, care acționează ca un absorbant viu și suprafață absorbantă
