A légköri turbulencia.

A légkörben a folyadékok és a gázok áramlásához hasonlóan lamináris és turbulens áramlásokat különböztetünk meg.

Lamináris: Rendezett áramlásban a részecskék egymással nem keverednek, az áramvonal a részecskék valóságos pályáját írja le. Lamináris áramlás első­sor­ban magasban, a szabad légkörben alakul ki, pl.: a hullámfelhő emelőterében.

Turbulens áramlásra jellemző, hogy az elsődleges mozgási irányra merőleges irányú másodlagos mozgások is létrejönnek, amelyek a közeg állandó és gyors összekeveredését okozzák. A turbulens mozgás erősen örvényes, azonban az örvények nem követik pontosan egymást (sem alak, sem energiatartalom szerint), más szóval az örvények nem alkotnak reprodukálható mintát. Az áramlásban résztvevő részecskék iránya igen tekervényes, de mint levegőtömeg, egy irányba halad.

A levegőben, különösen talaj közelben az áramlások mindig turbulensek. A szabad légkörben turbulens áramlás zivatarfelhőben, a frontok határfelületén és nagy szélnyírásokban található meg. A légkörben kialakuló örvények a cen­timéteres nagyságrendtől a makro méretűig (több ezer km) terjednek. Energiatartalmuk a kis szellőtől a tornádókig terjedhet.

A Hidrodinamikában és az aerodinamikában az áramlások rendszerét az un. Euler és Lagrange rendszerekben vizsgálják.

Az Euler féle rendszerben az áramlás összes pontján uralkodó sebességeket adott pillanatban vizsgálják.

A Lagrange rendszerben az adott részecske sebességét vizsgálják különböző időpontokban, amint a részecske az áramlásban mozog.

Reynolds szerint a turbulens áramlás egy aránylag egyszerű, közepes mozgásból áll, amelyre szuperponálódik egy igen bonyolult másodlagos, vagy örvénymozgás, amely oszcilláló, de nem periodikus jellegű. Lamináris áramlás esetén a folyadék vagy gáz mozgásában a véletlen áramlási szabálytalanságok végtelen kicsinyek, csupán molekuláris nagyságrendűek. A turbulens áramlások véges méretű véletlen oszcillátorokat tartalmaznak.

A mozgás akkor válik turbulensé, amikor:
- Az áramlás sebességének
- Az áramlás egy jellemző méretének
- A közeg sűrűségének

Szorzatát elosztjuk a közeg vízkiszorítási (belső súrlódási) tényezőjével, és az így kapott szám (Reynolds szám) egy kritikus értéket (2000) meghalad.

Prandtl a keveredési hossz elméletét állította föl, mely szerint egy örvény átlagos útja, amely mentén az örvény fennmarad, a keveredési hossz.

Az örvény energiát igényel, és ez az energiaveszteség egyaránt csökkenti a motoros és a vitorlázó repülőgép sárkányának aerodinamikai hatásfokát. A légköri turbulencia olyan légerőket idézhet elő, amely a repülőgépen maradandó alakváltozásokat, illetve géptörést okozhat. Ilyen légerők lehetnek, ha viharfelhőbe vagy a hullámfelhő rotorjába repül a repülőgép. A turbulencia veszélyes hatása a nagy sebességű, hirtelen szélnyírásokban van (15-20 m/s vagy még ennél is nagyobb).

Turbulens áramlásban a repülőgép siklószáma kisebb, mint a lamináris repülésben, ezért szeles időben a turbulens zóna miatt kerüljük a hegyek, dombok szélárnyékos részét. Ha ez még leáramlással is párosul, akkor még nagy siklószámú géppel is kockázatos belerepülni.

Turbulens áramlásban a repülőgép sebességét leszálláskor növelni kell, hogy biztonsági tartalék, és ezáltal korrigálási lehetőségünk legyen.

A termikben is létrejöhet turbulens áramlás, amikor a körözés sebességét is növelni kell.

Turbulencia haszna:
Hőmérséklet, nedvesség, légköri szennyeződések keveredését, elszállítását segíti elő. A turbulencia segíti elő a talajfelszín hőátadását, az óceánok párolgását, felhők feloszlását, inverziók feloszlását, stb. Elősegíti még a nagyvárosok légszennyezésének gyors felhígítását (diszpergálását) is. Másrészt azonban felhő vagy ködképződéshez vezethet.

A légköri turbulencia legfontosabb tulajdonságai

A turbulens áramlás lehet:
- Mechanikus, vagy
- Termikus áramlás.

Mechanikus turbulencia a talajfelszín által a felette elhaladó levegőben kel­tett örvényes szerkezetű légmozgás. Ennek nagysága a földi elemek nagy­sá­gá­val és elhelyezésével egyenesen arányos, ereje pedig a szél sebességével. Turbulens áramlás kialakulását előidézheti nagy szélnyírás is.
Termikus turbulencia a termikus konvekció örvényes jelleggel végbemenő horizontális és vertikális áramlásait értjük.

Folyadékokban és gázokban csak a konvekció első szakaszában lehet megfigyelni, illetve fenntartani a lamináris áramlást. A hőszállítás a melegebb helyről a hidegebb felé már turbulens áramlási körülmények között zajlik le.

A természetben a konvekcióval kapcsolatos áramlások a legelemibb fejlettségi foktól a zivatar stádiumig többnyire turbulens jellegűek. Napközben, amikor a konvekció annyira fejlett, hogy a termikus feláramlások megindulnak, a turbulens állapotnak jól látható jelei is vannak (pl.: ha papír, falevél vagy por „megfesti” a termiket). Szélcsendes napokon a termik elválását követő szélrohamok is megfigyelhetők.
Földfelszín közelében a turbulens állapot a termikus konvekció természetes tulajdonsága. Magasban azonban megfigyelhető (kb. 300m-től), hogy a termik dobálása megszűnik.

A turbulencia az áramlásnak olyan állapota, amelyben a pillanatnyi sebességeket szabálytalan és véletlen fluktuációk jellemzik úgy, hogy a gyakorlatban csak a statisztikai tulajdonságok ismerhetők fel, és analizálhatók. Ha az átlagos sebesség meghatározható, akkor az adott időtartamban a turbulens sebes­ség olyan véletlen jellegű mozgásnak a jellemzője, amely rátevődik (szuperponálódik) az átlagos mozgásra.

A pillanatnyi sebességek komponensei a következők:

Ahol a(z):
u'', v'', w'' = átlagos sebességek
u', v', w' = átlagtól való eltérések

Az örvények méretére következtetni lehet egy időpontban két adott pontnál fel­lépő sebességváltozások vizsgálatából:

A turbulensesség lökésességgel is jár.

Szélirány és a szél erejének összefüggései:

Gyenge szelek esetén a szélirány erősen, erős szélirány esetében gyengén ingadozik.

A turbulens szelet két értékkel jellemezzük:

Pillanatnyi szélsebesség (1-3másodpercig tartó szélsebesség)

Átlagos szélsebesség (legalább 10 perc - alsó határ 5 perc)

A pillanatnyi szélsebesség és a lökésesség között 1,4 - 1,6 körüli számértékű ös­szefüggés van, abban az esetben, ha a szélsebesség mérése legalább 10 per­­cig tartott.

A hidegfrontokat megelőző szélerősödés elérheti a 15 m/s -os lökésességet is. Az időjárással összefüggő széllökések viharos fokozatát a Konvektív mozgások is okozhatják. Zivatarok kifejlett állapotában a leáramlásban lévő, és a csapadéktól erősen lehűtött nagy mennyiségű levegőtömeg a talajfelszínig lezú­dul, majd a szétterülve erős szél keletkezik. Ezt a szelet kifutó szélnek nevezzük, lökésessége elérheti a 20-25 m/s -ot, vagy még nagyobb értéket.

Néhány megállapítás:

- A turbulencia erősen függ a helytől és az időtől. A turbulens energia labilis hőmérsékletű rétegződés esetén maximális, stabilis rétegződés esetén minimális. A turbulens energia vertikális energiája a horizontális energiánál valamivel kisebb.
- Nagy átmérőjű örvények energiatartalma magas, kis örvényeké kicsi. A kis örvények gyakrabban fordulnak elő, mint a nagy örvények.
- Stabilis hőmérsékleti rétegződés esetén a turbulens mozgás frekvenciája magas, fluktuációi néhány másodperc, vagy még kevesebb. Labilis rétegződés esetén a hosszabb periódusú (perc nagyságrendű) fluktuációk válnak fontossá (amely a konvekciónak tulajdonítható).
- A turbulencia mérete a magassággal növekszik, a talaj csökkenő, kioltó hatása következtében. A légkör magasabb rétegeiben a hosszabb periódusú fluktuációk a jellemzők.
- A turbulens energia növekszik a sebesség növekedésével.
- A turbulens energia érdes felszín felett nagyobb, mint sima talaj felett.


A Meteorológia anyagrészbe ennyi fért, remélem nem volt nagyon száraz, és aki végigolvasta, annak hasznos, használható információkkal szolgált. Aki esetleg a szinoptikus meteorológiába (előrejelzések) is bele akar olvasni, annak ajánlom a LETÖLTÉSEK menü alatt elérhető "Vitorlázórepülők tankönyve" meteorológia részt.
 

<<<vissza

Vissza a főoldalra - klikk ide

×Vége×