Строение газовых вихрей
167
материи. Изучением вихревого движения занимались многие исследователи, которыми были получены важные результаты. Однако многие проблемы, связанные с образованием и диффузией вихрей, их энергетикой, взаимодействием винтовых потоков, теорией пограничного слоя и т. п., до настоящего времени еще не получили должного развития.
2. Условием возникновения вихревого движения является градиентное течение, возникающее, например, в результате соударения двух струй газа. В процессе формирования тороидальные вихри способны делиться и уплотняться, образуя все более мелкие и все более плотные тороидальные вихри. Температура тела вихря понижается по мере уплотнения, а скорость тангенциального движения увеличивается за счет не только сжатия тела вихря внешним давлением, но и перераспределения скорости теплового движения молекул в приращение тангенциальной скорости вращения вихря. Скорость тангенциального движения внутренних слоев вихря выше, чем наружных.
3. При формировании газового вихря происходит самопроизвольное преобразование потенциальной энергии давления окружающего вихрь газа в кинетическую энергию вращения вихря с соблюдением постоянства момента количества движения, и чем сильнее сжато тело вихря, тем больше в него закачивается энергии из окружающей среды. Формирование газового вихря - это природный процесс преобразования потенциальной энергии давления газа в кинетическую энергию вращения вихря.
4. Уплотненный газ в локальном объеме способен удержаться только в вихре тороидальной структуры типа замкнутой саму на себя трубы. Во внутренней полости тороида плотность и давление газа понижены, стенки и керн существенно уплотнены. Тороидальный вихрь окружен пограничным слоем газа, в котором температура и вязкость понижены по сравнению с температурой и вязкостью окружающей среды. Это обеспечивает устойчивость вихревого тороида и длительность его существования.
5. В тороидальном вихре самопроизвольно возникает винтовое движение - сочетание тороидального движения с кольцевым
168
Глава 4.
- вокруг его центральной оси. Винтовое движение возникает вследствие разности площадей сечений потока газа в тороидальном движении во внутренней и внешней областях тороида. При этом скорость тороидального движения убывает от центра к периферии, а скорость кольцевого движения возрастает. Винтовой тороидальный вихрь обладает повышенной устойчивостью.
6. Винтовой тороидальный вихрь газа в процессе образования концентрирует в себе энергию окружающей среды и является, таким образом, природным механизмом по преобразованию потенциальной энергии газовой среды в кинетическую энергию вращения вихря.
7. В окрестностях винтового тороидального вихря возникают различные формы движения: тороидальное, описываемое законом Био-Савара; кольцевое, описываемое теоремой Остроград- ского-Г аусса, а также термодиффузионное, описываемое уравнением теплопроводности.
8. В результате возникновения в окружающем вихрь пространстве температурного градиента происходят перемещение газа в сторону вихря, поглощение газа внешней среды телом вихря, в связи с этим увеличение размеров и уменьшение скорости вращения, что снижает устойчивость вихря, приводит к нарастанию потерь энергии вращения во внешнюю среду и, в конце концов, к диффузии вихря и его распаду.
9. Все взаимодействия между газовыми вихрями, находящимися в общей газовой среде, происходят по принципу близкодей- ствия через эту среду. Каждое вихревое образование создает своими движениями соответствующие движения в окружающем его газе, которое в свою очередь оказывает воздействие на другие вихревые образования.
10. Существует всего четыре вида воздействий движений газовой среды на тела: лобовое вдоль направления потока, боковое вдоль направления потока, боковое поперек направления потока и температурное. Все они связаны с градиентами давлений, возникающими в газовой среде либо в связи со скоростными, либо в связи с температурными градиентами газа.
