Anillo de vórtice
Anillo de humo
Un anillo de vórtice, también llamado vórtice toroidal, es un vórtice en forma de toro en un fluido; es decir, una región donde el fluido gira principalmente alrededor de una línea de eje imaginaria que forma un bucle cerrado. El flujo dominante en un anillo de vórtice se dice que es toroidal, más precisamente poloidal.
Los anillos de vórtice son abundantes en los flujos turbulentos de líquidos y gases, pero rara vez se notan a menos que el movimiento del fluido sea revelado por partículas suspendidas, como en los anillos de humo que a menudo son producidos intencionalmente o accidentalmente por los fumadores. Los anillos de vórtice ardiente también son un truco comúnmente producido por los comedores de incendios. Los anillos de vórtices visibles también pueden formarse mediante el disparo de cierta artillería, en nubes de setas y en explosiones de microbios. [1] [2]
Un anillo de vórtice generalmente tiende a moverse en una dirección que es perpendicular al plano del anillo y de tal manera que el borde interior del anillo se mueve más rápido que el borde exterior. Dentro de un cuerpo estacionario de fluido, un anillo de vórtice puede viajar una distancia relativamente larga, llevando consigo el fluido giratorio.
Una forma en que se puede formar un anillo de vórtice es inyectando una masa compacta de fluido en movimiento rápido (A) en una masa de fluido estacionario (B) (que puede ser el mismo fluido). La fricción viscosa en la interfaz entre los dos fluidos disminuye la velocidad de las capas externas de A en relación con su núcleo. Esas capas externas luego se deslizan alrededor de la masa A y se acumulan en la parte trasera, donde vuelven a entrar en la masa tras la parte interna que se mueve más rápido. El resultado neto es un flujo poloidal en A que evoluciona en un anillo de vórtice.
Este mecanismo se ve comúnmente, por ejemplo, cuando una gota de líquido coloreado cae en una taza de agua. También se ve a menudo en el borde anterior de una pluma o chorro de fluido cuando ingresa a una masa estacionaria; La cabeza en forma de hongo (“pluma de inicio”) que se desarrolla en la punta del chorro tiene una estructura de anillo de vórtice.
Una variante de este proceso puede ocurrir cuando un chorro dentro de un fluido golpea una superficie plana, como en una microrráfaga. En este caso, el giro poloidal del anillo de vórtice se debe a una fricción viscosa entre la capa de flujo rápido hacia afuera cerca de la superficie y el fluido de movimiento más lento que se encuentra por encima.
También se forma un anillo de vórtice cuando una masa de fluido es empujada impulsivamente desde un espacio cerrado a través de una abertura estrecha. En este caso, el flujo poloidal se pone en movimiento, al menos en parte, mediante la interacción entre las partes externas de la masa de fluido y los bordes de la abertura. Así es como un fumador expulsa los anillos de humo de la boca y cómo funcionan la mayoría de los juguetes con anillos de vórtice.
Los anillos de vórtice también pueden formarse como consecuencia de un objeto sólido que cae o se mueve a través de un fluido a una velocidad suficiente. También pueden formarse delante de un objeto que invierte bruscamente su movimiento con el líquido, como cuando produce anillos de humo agitando un palo de incienso. Un hélice giratorio también puede crear un anillo de vórtice, como en una licuadora.
Nube en forma de hongo
Las nubes de hongos son el resultado de la repentina formación de un gran volumen de gases de baja densidad a cualquier altitud, causando una inestabilidad de Rayleigh-Taylor. La masa flotante de gas se eleva rápidamente, dando como resultado vórtices turbulentos que se enrollan hacia abajo alrededor de sus bordes, formando un anillo de vórtice temporal que dibuja una columna central, posiblemente con humo, escombros y / o vapor de agua condensada para formar el “tallo de hongo”. La masa de gas más el aire húmedo arrastrado eventualmente alcanza una altitud donde ya no es de menor densidad que el aire circundante; en este punto, se dispersa, cualquier escombro que se levante desde el suelo se dispersa y se deriva hacia abajo (ver las consecuencias). La altitud de estabilización depende en gran medida de los perfiles de la temperatura, el punto de rocío y la cizalladura del viento en el aire a una altura superior a la inicial.
En otras palabras, nada que ver con la difusión inducida por el impulso . No hay proceso de difusión en los anillos de vórtice, que tiene una descripción de dinámica de fluidos.