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冯·卡曼涡旋的稳定性 精选

已有 2293 次阅读 2021-1-11 11:02 |个人分类:文章|系统分类:科普集锦

卡曼涡旋.jpg

NASA Earth Observatory image, using MODIS data   20201220


在晴朗的日子里, FogoSantaAntãoSãoNicolau三个火山岛上的高耸山峰在佛得角平坦岛屿群中显得格外突出,它们的高度足以产生雨影效应,从而维持着岛屿上着独特的干旱森林。

 

山地高度有助于以西奥多·冯·卡曼(杰出的数学家,航空航天工程师,喷气推进实验室的创始人之一)阐述过的方式扰动所经过的气流或云团。这些扰动痕迹被称为冯·卡曼(von Kármán)涡街。当流体通过一个高大,孤立的固定物体时就会发生这种独特的扰动形态。1912年,冯·卡曼首次用数学方法描述了这一流体振荡特征,他当时任德国流体力学先驱路德维格·普朗特(Ludwig Prandtl)的研究生助理。

 

尽管这一流体扰动特征模型是由法国科学家首次拍摄到的,但冯·卡曼的独到之处是通过数学推导证明了这一交错涡旋特征最有利于稳定维持所展示的流体形态。“我发现只有反对称排列,且当涡流的行间距与涡间距保持一定比例时才能保持形态稳定。”冯·卡曼后来这样描述他的发现。换句话说,涡流始终是偏移的,永远不会对齐。

 

20201220日,美国国家航空航天局(NASATerra卫星上的中分辨成像光谱仪(MODIS)拍摄了这张云团旋流轨迹的图像,干旱的森林看上去比岛屿其他部分略暗一些。

 

冯·卡尔曼在对旋流做出独到见解时还仅是哥廷根大学(德国)的一名学生,毕业后一直留在德国,曾在奥匈帝国军队服役三年。由于担心纳粹在德国的崛起,1930年冯·卡曼接受了一份美国加利福尼亚理工学院(California Institute of Technology)的职位,负责新建的丹尼尔·古根海姆(DanielGuggenheim)航空实验室工作。该实验室于1958年成为NASA的喷气动力实验室。

卡曼涡旋2格陵兰海域.jpg

北大西洋Jan Mayen Island  MODIS  2012年4月4日


卡曼涡旋3.jpg

印度洋西南部希尔德岛(Heard Island) 2016年5月3日  Landsat 8


2维码.jpg



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