Состояния вихря Бенара

Уточняю некоторые положения вихревой физики.

В природе существуют только вихри Бенара и Тейлора, т. е. вихри с двумя направлениями вращения и вихри с одним направлением вращения. Но как и для любого вращающегося объекта для вихрей действует правило прецессии. В моей интерпретации оно звучит следующим образом.

Силе, действующей на вращающийся объект, противодействует сила, действующая в перпендикулярном направлении и направление её действия смещено в направлении вращения.

В вихре Тейлора вращение идёт по концентрическим окружностям. Вращающимся объектом для внешней окружности является круг, заключённый внутри внутренней окружности. Внутренний круг вращается относительно внешней окружности, что порождает трение скольжения, действующее по касательной. Силе трения скольжения, действующей по касательной, по правилу прецессии противодействует сила, действующая по радиусу. А т. к. внутренний круг вращается относительно внешней окружности, то сила имеет центростремительный характер. Центростремительная сила действует в каждой точке внешней окружности. И в каждой точке внутренней окружности ей противодействует сила по правилу прецессии направленная по касательной и действующая в направлении вращения. И под действием этой силы внутренний круг увеличивает скорость своего вращения по отношению внешней окружности.

Таким образом, если 3 закон Ньютона силой трения скольжения останавливает движение тела, то правило прецессии при помощи силы трения скольжения напротив увеличивает кинетическую энергию круга, расположенного внутри внешней окружности. Этим самым нарушаются законы, найденные в классической физике, основанной на законах Ньютона. И вихревая физика признаёт объективность существования вечных двигателей. И силой, способствующей увеличению энергии вращающегося жидкого, газообразного или электрического тела, является сила трения скольжения. В твёрдом теле нет подобного вращения, поэтому это правило для него и не действует.

Для вихрей Бенара существуют 3 состояния. Условимся считать первым состоянием состояние торнадо. Для него характерно, что на границе между «хоботом» вихря и его периферией величина центростремительной силы больше величины центробежной силы. Вторым состоянием будем считать состояние атмосферного циклона средних широт. Для него характерно, что на границе между «хоботом» вихря и его периферией величина центростремительной силы равна величине центробежной силы. Третьим состоянием будем считать состояние вихря над нагретым склоном холма. Для него характерно, что на границе между «хоботом» вихря и его периферией величина центробежной силы больше величины центростремительной силы.

Нас интересует вихрь в состоянии торнадо. Хобот торнадо имеет бешеную скорость осевого движения и бешеную скорость вращения (может свернуть в узел фермы железнодорожного моста). Поэтому число элементов хобота вихря существенно меньше числа элементов его периферии. И функция, построенная в хоботе, не может быть сравнима с функцией, построенной для периферии. Поэтому методы современной математики для описания вихря Бенара неприменимы. В современной математике интегрирование и дифференцирование построено на основе меры множества. Примером неприменимости для вихря Бенара современной математики могут служить множество целых чисел от 1 до миллиона и множество целых чисел от 1 до триллиона. Естественной мерой для этих множеств служит число от нуля до единицы, характеризующее численность элементов в каком-то из подмножеств этих множеств. И в том и в другом множестве выберем по 5 элементов и строим функцию, в основе которой лежат все множества по 5 элементов. Т.е. мы строим ступенчатую функцию по отрезкам, содержащим 5 элементом. Но в одном из множеств мера этого отрезка равна пяти миллионным. А во втором множестве мера подобного отрезка равна уже пяти триллионным. Не можем мы сравнивать эти функции между собой. В рассматриваем случае мы можем провести сравнение мер путём приведения их к общему знаменателю. В общем случае такое сравнение возможно на основе меры Хаусдорфа (кстати, юриста, математика была его хобби).

Но не всё так безнадёжно. Ведь в основании вихря Бенара среда перестраивается в условия хобота вихря. Т.е. основание вихря Бенара приводит к "общему знаменателю" и осевые скорости движения, и скорости вращения хобота и периферии. Т.е. осевую скорость движения (скорость движения по радиусу) мы уже можем считать равноценной осевой скорости движения хобота и сравнивать её с осевой скоростью периферии. А изогнутость траектории элементов вихря (скорость вращения) в основании мы можем считать равноценной скорости вращения хобота и сравнивать её со скоростью вращения периферии.

Поэтому с учётом этого замечания будем считать, что дробное интегрирование и дифференцирование, построенное на основе меры Хаусдорфа, уже создано. И мы можем сравнивать при его помощи скорости осевого движения и скорости вращения хобота и периферии вихря Бенара в состоянии торнадо. Естественно, что при этом скорость осевого движения хобота вихря больше скорости осевого движения его периферии. А скорость вращения периферии торнадо больше скорости вращения его хобота. И сила трения скольжения появляется как в осевом направлении, так и в тангенциальном направлении. При этом обязан нарушаться закон сохранения момента количества движения как в одном, так и в другом направлении. И вновь повинно в этом правило прецессии.

Рассмотрим вначале осевое направление движения. Элементами любого вихря могут быть только вихри Бенара, которые представим в виде цилиндриков. Эти цилиндрики катятся на боку по спиралям как хобота, так и периферии. Поэтому это качение мы можем разложить на осевую и на тангенциальную составляющие. В осевом направлении цилиндрики хобота перекатываются по цилиндрикам периферии с большей скоростью по сравнению со скоростью вращения цилиндриков периферии. Т.е. они перескакивают с одного цилиндрика на другой, формируя трение скольжения, действующее в осевом направлении. Сила трения скольжения, действующая в осевом направлении, по правилу прецессии формирует противодействующую силу в перпендикулярном направлении, т. е. по радиусу. А т. к. скорость осевого движения хобота больше скорости осевого движения периферии, то по правилу прецессии противодействующая сила имеет центростремительный характер. Т.е. на хобот торнадо с каждой точки цилиндра, разделяющего потоки, действует центростремительная сила. Она формирует противодействующую силу по правилу прецессии действующую в перпендикулярном направлении (т. е. вертикально). И действует она в направлении движения внутреннего потока. Поэтому эта сила увеличивает осевую скорость движения движения хобота торнадо.

В тангенциальном направлении скорость вращения цилиндриков внешнего потока больше скорости вращения внутреннего потока. Поэтому цилиндрики наружного потока в тангенциальном направлении создают трение скольжения, действующее в тангенциальном направлении. Эта сила трения скольжения формирует противодействующую силу по правилу прецессии, имеющую центробежный характер. И по идее величина центростремительной силы должна компенсироваться величиной центробежной силы. Но мы выяснили, что центростремительная сила увеличивает осевую скорость движения хобота торнадо.

Можно возразить, что центробежная сила также увеличивает тангенциальную скорость вращения периферийного потока. Но периферийный поток содержит значительно большее число цилиндриков по сравнению с числом цилиндриков хобота. Поэтому увеличение осевой скорости цилиндриков хобота приходится на меньшее число цилиндриков по сравнению с увеличением тангенциальной скорости цилиндриков внешнего потока. Следовательно на один цилиндрик хобота торнадо приходится большее увеличение скорости движения в осевом направлении, чем увеличение скорости вращения, приходящееся на один цилиндрик наружного потока. Поэтому приращение скорости вращения цилиндриков хобота за счёт наличия центростремительной силы будет больше чем приращение скорости вращения цилиндриков периферийного потока за счёт наличия центробежной силы.

Не может увеличение скорости вращения цилиндриков внутреннего потока выражаться только увеличением их осевой скорости вращения. Увеличивается и их тангенциальная скорость вращения. Таким образом, уменьшается разница между тангенциальной скоростью вращения периферийного потока и тангенциальной скоростью вращения хобота. А эта разница и определяет величину центробежной силы. Таким образом, в торнадо величина центростремительной силы всегда больше величины центробежной силы. И по правилу прецессии эта разница постоянно увеличивает скорость осевого движения хобота торнадо. При переходе цилиндриков в наружный поток они переходят в условия наружного потока, в которых, как мы выяснили, цилиндрики обладают меньшей энергией. Поэтому этот излишек, равный разности центростремительной и центробежной силами, в форме торсионной силы (исследуемой Шиповым и покойным Акимовым) уходит наружу по направлению движения хобота торнадо.

Разница между величиной центростремительной и центробежной силами действует и в пределах вихря Бенара. Поэтому вихрь стремится этой разницей восполнить потери энергии, потерянные им испусканием силы по направлению движения хобота. Поэтому вихрь либо стремится восполнить потери энергии либо затягиванием в свои пределы дополнительной массы, подаваемой в основание вихря, либо затягиванием влаги или в своё основание, или в боковую поверхность. Если поступление энергии либо с кинетической энергией засасываемой массы, либо засасываемой влаги недостаточно, то вихрь может существовать либо только в форме атмосферного циклона средних широт, либо в форме вихря над нагретым солнцем склоном холма. Торнадо же, исчерпав запасы влаги в материнской туче, прекращает своё существование.

Имеет смысл сравнение на входе в цилиндрическую трубку и на входе в устройство, формирующее последовательность вихрей Бенара. При этом вихрь может существовать либо в первом состоянии (состояние торнадо), либо в третьем состоянии (вихря над склоном). В третьем состоянии вихрь только убирает гидродинамическое сопротивление и практически не имеет каких-либо преимуществ перед ламинарным истечением из цилиндрической трубы. В первом же состоянии вихрь засасывает дополнительную массы среды, кинетической энергии которой достаточно для поддержания третьего состояния. Поэтому, скажем, если в пожарном стволе Пурга мало давление подаваемой в него пены, то он не имеет никаких преимуществ по сравнению со стволом цилиндрической формы. Ведь только превышение величины центростремительной силы над силой центробежной позволяет вихрю получать энергию из засасываемой массы среды или влаги.

Третье же состояние вихря характеризуется превышением величины центробежной силы над силой центростремительной. И вихрь не имеет возможности засасывать среду из внешнего окружения. Т.е. если только давление больше критического давления, то пожарный ствол Пурга имеет существенное преимущество перед стволами, существовавшими ранее (дальность увеличивается примерно на 30% и вихри катятся по поверхности тушения). Само же торнадо энергию получает только боковой поверхностью, засасывая влагу из тучи, которая конденсируется в хоботе, обеспечивая торнадо энергией. На поверхности же земли воздух покоится и не может дать торнадо энергию при засасывании в его пределы.

 

Не понял, что и чем нужно поднимать?

 

Рисовальщик я никудышный. Мне неоднократно ставили и корел и другие рисовалки с учебниками. Так и не удосужился овладеть ни одной из них. Только начну овладевать, приходит новая мысль. Чтобы её обсосать, лезу в интернет за сведениями по проблеме. Пока над ней работаю, уже забыл о рисовалке. Раза два, три позабываю, уже и пыл прошел. Так и не умею рисовать нормальные картинки.

Вихрь Тейлора это множество вложенных друг в друга цилиндров, по которым катятся элементарные вихри. Ими являются солитоны, катящиеся по дну водоёма. Их я представляю в виде.

На поверхности тела в пограничном слое возникает когерентная система парных вихрей Тейлора, двигающиеся в противоположные стороны перпендикулярно потоку. Т.к. они скользят по поверхности тела, то трение скольжения разрушает их только для того, чтобы они возникали вновь и вновь. Обнаружившие их Сирович с соавторами представили их в виде.

Здесь также видно, что элементарные вихри двигаются по окружностям вложенных цилиндров.

Для вихрей Бенара мне не удалось найти в интернете порядочных картинок. Скажем Сорокодум выложил картинку вихря Бенара в виде.

Но в его рисунке наблюдается пара неточностей. И внутренний, и наружный потоки вихря цилиндры. В основании и в вершине вихря изменяется направление вращения, чего нет на его рисунке. По моей просьбе делали рисунок вихря

но я также прошляпил, не заметив, что в основании и в вершине вихря направление вращения не меняется. Сам я способен только на подобный рисунок вихря Бенара.

Вихрь Бенара существует и в форме анаполя. Здесь повезло больше. По моей просьбе сделали качественный рисунок анаполя.

И в интернете нашелся столь же качественный рисунок анаполя.

Но и здесь не обошлось без ошибки. Мы живём в метагалактике с правым направлением вращения. А на рисунке показано левое направление вращения.