Строение газовых вихрей
141
один вихревой винтовой тороид, то и все остальные образующиеся тороиды будут иметь тот же знак винтового движения.
Вихрь тороидальной формы представляет собой замкнутое в форме тороида (типа бублика) вихревое образование. Если радиус тела тороида r многократно меньше радиуса тороида R, то внутренняя структура вихря не отличается от описанной выше структуры линейного вихря. Однако если значения радиусов соизмеримы, то картина существенно меняется. При соизмеримых радиусах тела тороида и самого тороида разные части стенок трубы - уплотненного в них газа находятся не в равном положении. Та часть стенок, которая находится ближе к центральной оси, имеет общую площадь сечения существенно меньше той части стенок, которая находится вдали от оси.
Поток газа, образующий стенки (тороидальный поток), должен полностью пройти и через одно, и через второе сечение. Следовательно, расход газа через оба сечения должен быть одинаков. Однако поскольку площадь второго сечения значительно больше площади первого сечения, то тороидальная скорость газа во внешнем сечении должна быть значительно меньше, чем во внутреннем. Поскольку скорость тороидального движения в центральной части тороида велика, то струя по инерции будет выноситься вдоль оси и весь тороид приобретет форму луковицы.
Для того чтобы тороидальная скорость газового потока снизилась, она должна быть либо погашена чем-то, либо изменить направление. Гасить скорость в данном случае нечем, поскольку газ в стенках тороида уплотнен и отдать энергию во вне или взять ее оттуда нельзя. Следовательно, скорость потока газа останется постоянной, но она вынуждена будет изменить свое направление перпендикулярно первоначальному направлению. В результате возникает кольцевое движение всего тороида, и в каждой точке его поверхности имеет место сочетание тороидального и кольцевого движений, которые в сумме дают винтовое движение стенок тороида. На рис. 4.15 показано распределение скоростей тороидального и кольцевого движений стенок тороидального вихря при соизмеримых радиусах тела тороида и самого тороида.
142
Глава 4.
Рис. 4.15. Распределение скоростей движений стенок тороидального вихря: а - тороидального; б - кольцевого
Вихревой винтовой тороид может характеризоваться интенсивностью тороидального движения, интенсивностью кольцевого движения и внутренней энергией.
Для тонкого кольца, у которого радиус тела кольца r много меньше RK - радиуса самого кольца, интенсивность тороидального движения (по круговой оси) составит:
Гт = vTS = 4п rRKvT
(4.54)
где vT - скорость тангенциального движения, а интенсивность кольцевого движения
