渦流是圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的流體的一部分。漩渦或漩渦在自然界中以多種形式存在，例如龍卷風(fēng)、颶風(fēng)、漩渦等。在現(xiàn)實(shí)生活中也可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)水瓶、排干水槽、旋轉(zhuǎn)茶杯等輕松觀察到漩渦。

漩渦的形狀

漩渦頂部較寬，向底部移動(dòng)時(shí)逐漸變窄。這是因?yàn)閴毫Σ睢ｍ敳康膲毫^小，底部的壓力最大。渦流的方向通常由科里奧利效應(yīng)決定。

漩渦的形狀

漩渦的形成

當(dāng)流體速度存在顯著差異時(shí)，通常會(huì)形成渦流。速度的差異會(huì)產(chǎn)生一股力量，使水在周?chē)D(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的水通過(guò)圍繞中心點(diǎn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)來(lái)保持其角動(dòng)量，同時(shí)由于運(yùn)動(dòng)和靜止水之間存在的摩擦力而損失一部分能量。例如，如果您將陶瓷或金屬板浸入水池中并沿直線向前推動(dòng)，則會(huì)形成一個(gè)或多個(gè)漩渦。這是因?yàn)榕c板接觸的水經(jīng)歷了運(yùn)動(dòng)，而遠(yuǎn)離板的水保持靜止。板塊邊界周?chē)乃畠A向于向前移動(dòng)并被推向兩側(cè)。同時(shí)，盤(pán)子背面的水被向前吸入。現(xiàn)在，即使你移開(kāi)盤(pán)子，運(yùn)動(dòng)中的水也會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并形成肉眼很容易看到的漩渦。結(jié)果形成的兩個(gè)渦流以相同的速度向前移動(dòng)，并包含一條曲線的軸線。這意味著兩個(gè)漩渦相互連接并形成漩渦的半環(huán)。添加到一個(gè)渦流環(huán)的一塊物質(zhì)被轉(zhuǎn)移到另一個(gè)渦流環(huán)。根據(jù)亥姆霍茲定律，渦流線不能在流體中開(kāi)始或結(jié)束。這意味著渦環(huán)要么在一個(gè)環(huán)中閉合，要么在兩個(gè)單獨(dú)的邊界點(diǎn)閉合。同樣，在氣體的情況下，在慢風(fēng)上方移動(dòng)的快風(fēng)是造成渦流煙環(huán)、颶風(fēng)或其他類(lèi)型的渦流在空氣中形成的原因。

漩渦的旋轉(zhuǎn)速度

與頂部相比，底部的渦流旋轉(zhuǎn)速度更高。這是因?yàn)殇鰷u在頂部更寬，并且在向底部移動(dòng)時(shí)變窄。存在于底部的流體傾向于在狹窄的圓形路徑中移動(dòng)，這就是為什么它必須具有每分鐘大量的旋轉(zhuǎn)才能與渦流頂部圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)的流體的速度相匹配。

渦流的應(yīng)用

渦流的原理是制造洗衣機(jī)、牛奶/奶油分離器等許多設(shè)備的基礎(chǔ)。渦流的概念也用于醫(yī)療和國(guó)防領(lǐng)域，以對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行測(cè)試血液樣本并為戰(zhàn)斗機(jī)飛行員設(shè)計(jì)特殊套裝。戰(zhàn)斗機(jī)飛行員通常會(huì)經(jīng)歷急轉(zhuǎn)彎并高速轉(zhuǎn)彎。這會(huì)將血液拋向血管的外邊界，這可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的醫(yī)療狀況。