Cesko.wiki Kelvinova–Helmholtzova nestabilita
Author
Albert FloresKelvinova-Helmholtzova nestabilita je klasický příklad nestabilního chování kapaliny, který se objevuje u pohybujících se vrstev různých tekutin. Spolu s Rayleighovou-Taylorovou nestabilitou patří mezi základní hydrodynamické nestability. Jev byl poprvé popsán v roce 1868, kdy byl zkoumám německým fyzikem Hermannem von Helmholtzem. V praxi může být pozorován v podobě tzv. Kelvinových-Helmholtzových oblaků (v typickém tvaru vlny nebo kadeře), které vznikají v místech setkání vzduchu s různou rychlostí proudění nebo hustotou vzduchu, případně u mořského pobřeží.
Fyzikální princip
+more_Obrázek_má_5_rámečků:_v_prvním_vidíme_rovné_rozhraní_mezi_dvěma_tekutinami_tekoucími_opačným_směrem;_2:_náhodná_porucha_způsobí_vyboulení_rozhraní;_3:_tekutina,_do_které_se_rozhraní_vyboulilo,_má_zmenšenou_plochu,_kterou_protéká,_je_tedy_lokálně_urychlená;_4:_lokální_zvýšení_rychlosti_je_spjato_se_snížením_statického_tlaku_(výsledek_Bernoulliovy_rovnice). _Toto_snížení_statického_tlaku_vyvolá_sílu,_jež_dále_vychyluje_rozhraní_stejným_směrem. _5:_pozitivní_zpětná_vazba_pokračuje,_vyboulení_je_unášeno_a_tím_zakrucováno_do_podoby_víru. |náhled|600px'>Schematický náčrtek Kelvinovy-Helmholtzovy nestability Mechanizmus je následující: rozhraní mezi dvěma zónami pohybujícími se různou rychlostí se může vlivem náhodné poruchy vychýlit na jednu stranu. V případě podzvukového proudění je tekutina na této straně lokálně urychlena (kvůli rovnici kontinuity), čímž se sníží lokální statický tlak jako důsledek Bernoulliova principu, že součet kinetické, tlakové a potenciální energie je po proudnici konstantní. Lokální snížení statického tlaku dá vznik síle, která dále rozhraní vychyluje stejným směrem, jedná se tedy o problém s kladnou zpětnou vazbou.
Tato nestabilita vede k turbulizaci smykových oblastí. Navíc podporuje fraktální charakter turbulence tím, že už vytvořené víry opět obsahují smykové oblasti na rozhraní jádra a obálky, které opět mohou podléhat Kelvinově-Helmholtzově nestabilitě.
Tato nestabilita není nestabilní při nadzvukovém proudění, neboť lokální zúžení vede u nadzvukového proudění ke zpomalení rychlosti (a zvýšení hustoty, jelikož zákon zachování hmoty stále platí). Zpomalení rychlosti zvýší statický tlak a síla vrátí rozhraní do co nejrovnější podoby.