Óceáni áramlások és tornádók a laborasztalon

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Óceáni áramlások és tornádók a laborasztalon"

Zsombor Faragó
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Óceáni áramlások és tornádók a laborasztalon Vincze Miklós ELTE Fizikai Intézet Kármán laboratóriuma, MTA-ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport Az atomoktól a csillagokig 2018 október 4.

2 Vihar a lavórban? Tornádók a laborban? A Kármán labort éppen 20 éve, 1998-ban alapította Jánosi Imre, Tél Tamás, Szabó K. Gábor és Horváth Viktor Az épület kb km-es sugarú környezetében nincs még egy ilyen Honlapunk:

First of all: What kind of laboratory? A Laboratory for environmental flows (aka geophysical fluid dynamics), called Kármán Laboratory of Eötvös University Founded in 1998 by Imre M.

3 First of all: What kind of laboratory? A Laboratory for environmental flows (aka geophysical fluid dynamics), called Kármán Laboratory of Eötvös University Founded in 1998 by Imre M. Jánosi, Tamás Tél, Gábor K. Szabó, and Viktor Horváth The principle of hydrodynamical similarity enables modeling large-scale (atmosphere, ocean) flow structures Website ( almost up-to-date

7 Vihar a lavórban? Tornádók a laborban? A Kármán labort éppen 20 éve, 1998-ban alapította Jánosi Imre, Tél Tamás, Szabó K. Gábor és Horváth Viktor Az épület kb km-es sugarú környezetében nincs még egy ilyen Honlapunk: Az alapötlet: az áramlástani hasonlóság (gyönyörű) elve.

8 Mi az a (hidro-)dinamikai hasonlóság?

9 Pl.: mézben úszni baktáriumnak lenni a vízben.

10 Minden idők leghosszabb fizikai kísérlete (pitch drop experiment)

11 Kármán-örvénysorok

12 A mérsékelt égövi légköri/óceáni körzés minimálmodellje? A nagyskálájú (mérsékelt övi) légköri és óceáni áramlási jelenségek igen nagy részét alapvetően két tényező alakítja: Forgatás + meridionális (É-D) hőmérsékletkülönbség időjárás (avagy vízkörzés) Egy forgatott, hűtött-fűtött laborkád az időjárás (és klíma)minimálmodellje lehet? Igen, de itt mi a hasonlósági paraméter?

13 A mérsékelt égövi légköri (és óceáni) körzés minimálmodellje! Hengeres, oldalról hűtött és fűtött tartály egy forgóasztalon. Rotating annulus Méretek (Cottbus): a = 45 mm b = 120 mm d = 135 mm

14 A mérsékelt égövi légköri (és óceáni) körzés minimálmodellje Hengeres, oldalról hűtött és fűtött tartály egy forgóasztalon. Rotating annulus Méretek (Kármán labor): a = 45 mm b = 150 mm d = 40 mm

15 Mi történik?

16 Mi történik?

17 Mi történik? "Oldalirányú" konvekció nincsen minimális "kritikus" ΔT (vagyis kritikus Rayleigh-szám )

18 Mi történik? "Oldalirányú" konvekció nincsen minimális "kritikus" ΔT (vagyis kritikus Rayleigh-szám )

19 Alapok: baroklin instabilitás

20 Forgatás! Coriolis-erő. Mi történik?

21 Coriolis-erő

22 Coriolis-erő?

23 Baroklin hullámok, analógiák a Naprendszerben kontrollparaméterek: Forgási szögsebesség Hőmérsékletkülönbség Különböző bolygólégkörök modellezhetők. Vénusz: lassú forgás, Zonális áramlás Föld: gyoes fogás Coriolis-erő ciklonok, anticiklonok ( időjárás )

24 Baroklin hullámok, analógiák a Naprendszerben kontrollparaméterek: Forgási szögsebesség Hőmérsékletkülönbség Különböző bolygólégkörök modellezhetők. Vénusz: lassú forgás, Zonális áramlás Föld: gyoes fogás Coriolis-erő ciklonok, anticiklonok ( időjárás )

27 A "fázisdiagram" (Fultz nyomán) a helyes hasonlósági paraméterekkel

30 Az óceánt a szél is hajtja. De hogyan? V.W. Ekman (1905) Ha a szél egyenletesen fúj, hatása csak δ = m mélységig hatol le. (Ráadásul a Coriolis-erő miatt érdekes spirálalakban elfordulva)

31 ...de mi történik, ha a szélirány váltakozik (ahogy szokott)? Ennek a megvizsgálásához kicsit nagyobb tartály kellett...

2094 rad/s (= f/2) 3 m x 4 m transparent (acrylic) plate on a

32 Diameter: D = 13 m Filled up (with water) to H = 0.5 m Ω = 2π/30s = rad/s (= f/2) 3 m x 4 m transparent (acrylic) plate on a pair of rails PIV (particle image velocimetry): side view, in a 12 cm x 12 cm vertical domain below the center of the plate

33 A szél szerepében: egy sín mentén rángatott plexilap!

34 Ha a Coriolis-frekvenciával vált irányt a szél nagy behatolás keverés! KE = ½ (u 2 + w 2 )

35 Mi van még az óceánban, ami a fürdőkádban nincs? Rétegzettség! A norvég halászokat 200 évig izgalomban tartó holt víz effektus. Georg Anton Rasmussen, Norwegian Fjord Landscape with a Ship 35

36 z (cm) Néhány tipikus sűrűségprofil Tehetetlenségi frekvencia N: ,998 1,003 1,008 1,013 1,018 1,023 ρ (kg/l)

37 Hétköznapi élményünk a Kármán Laborban mágneses keverő keltette örvénnyel l.

38 Hétköznapi élményünk a Kármán Laborban mágneses keverő keltette örvénnyel li. 4-5 percig jól látható a festékhenger. Mitől?

39 Néhány stabil, anyagot transzportáló örvény:

40 Köszönöm a megtisztelő figyelmet!

Hasonló dokumentumok

Sűrűségkülönbség hatására kialakuló áramlások laboratóriumi vizsgálata

Sűrűségkülönbség hatására kialakuló áramlások laboratóriumi vizsgálata A DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI Gyüre Balázs ELTE TTK, Fizika Doktori Iskola iskolavezető: Dr. Horváth Zalán egyetemi tanár Statisztikus