94
Глава 3.
Таким образом, хаотическое смещение потоков жидкости также способно породить делящиеся тороидальные кольца. В результате образуются тороидальные газовые вихри, имеющие форму бублика (рис. 3.3), которые уплотняются, делятся, снова уплотняются, снова делятся до тех пор, пока плотность стенок вихрей не достигнет некоторого критического значения, тогда деление прекращается.
Экспериментальным подтверждением самопроизвольного сжимания вихрей является образование вихрей у входов в воздухозаборники самолетов: при входном отверстии воздухозаборников около 1 м2. образовавшийся на его входе вихрь имеет диаметр около 4-6 см (рис.3.5).
Рис. 3.5. Сжатие газового вихря на входе в воздухозаборник реактивного двигателя самолета (на стоянке)
Винтовой вихревой тороид газа представляет собой образование типа свернутой трубы, в полости которой давление и плотность газа ниже, чем в свободной среде, но в стенках газ существенно уплотнен. Стенки трубы вблизи центральной оси обеспечивают в этом месте наиболее высокую плотность газа (исключая
Исходные данные для рассмотрения космических явлений
95
собственно осевое центральное отверстие), эта область может быть названа керном (ядром) тороидального вихря.
В вихревом газовом тороиде, структура которого близка к замкнутой трубе с уплотненными стенками, отчетливо выделяются керн - центральная часть, имеющая осевое отверстие, оболочка, образованная внешними стенками той же трубы, и пограничный поверхностный слой, удерживающий газ в уплотненном виде в стенках. Линии тока газа в тороидальном движении в стенках трубы проходят во внутренней части тороида через площадь, существенно меньшую, чем снаружи. Поэтому скорость тороидального движения газа в центральной части тороида значительно больше, чем в наружных стенках. Однако полная скорость потока не может измениться, так как энергию движения потока плотного газа отдать некуда, поэтому линия тока газа меняет направление: к тороидальному направлению добавляется кольцевое. По мере удаления от оси тора тороидальная составляющая скорости уменьшается, а кольцевая составляющая нарастает. Движение газа в стенках трубы приобретает винтовой характер.
Как показали эксперименты с обычным дымовым тороидом, такая замкнутая сама на себя вихревая труба имеет эллипсоидальную форму (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Структура дымового кольца. Выпуская дым в воздух через конец трубы, можно увидеть, что это туго свернутая тороидальная спираль. Однако это всего лишь переходная структура, которая в дальнейшем формируется в ламинарный тороидальный вихрь
