Wirbelringe sind ein faszinierendes Wunderwerk der Strömungsdynamik, das in der Natur allgegenwärtig ist. Diese toroidalen oder donutförmigen Wirbel werden vom Blut gebildet, das durch das menschliche Herz fließt, sie werden von Delphinen und anderen Meeressäugern zur Belustigung als Blasenringe ausgestoßen und sogar aus den Kratern ausbrechender Vulkane ausgestoßen. Diese Wirbel bestehen aus einer zirkulierenden Flüssigkeit, die um eine geschlossene Schleife rotiert; das heißt, die Wirbellinien der zirkulierenden Flüssigkeit bilden einen Ring. Wirbelringe werden gebildet, indem ein Flüssigkeitsrest durch eine Öffnung mit einer scharfen Kante in die umgebende, stationäre Flüssigkeit geschleudert wird. Die viskosen Wechselwirkungen zwischen den beiden Flüssigkeiten bewirken, dass sich die ausgestoßene Flüssigkeit achsensymmetrisch auf sich selbst zurückrollt und einen donutförmigen Wirbel bildet, der um einen Wirbelkern zirkuliert und sich in der Richtung senkrecht zur Öffnung bewegt.
Für Informationen: Ryan McKeown
Oben rechts: Wirbelringkollision und Nahaufnahme des Wirbelkerndurchbruchs. Unten links: 3D-Rekonstruktion der Wirbelringkollision; das hohle Band entlang des äußeren Rings der Kollision ist der Wirbelkern.
Die Frontalkollision zwischen zwei identischen Wirbelringen wurde bereits makroskopisch untersucht, und es wurde gezeigt, dass die Kollision ein komplexes Strömungsmuster erzeugt; die Dynamik der Kollision wurde jedoch nie erklärt. Wenn zwei laminare Wirbelringe frontal zusammenstoßen, dehnen sich beide zunächst radial entlang der Kollisionsebene aus, während sich ihre Kerne einander annähern. Wenn der Abstand zwischen den Kernen jedoch mit ihrer Größe vergleichbar wird, verbinden sie sich je nach anfänglicher Reynoldszahl entweder wieder zu sekundären Wirbelringen oder zerfallen in eine turbulente Wolke, wie oben rechts dargestellt. Ich bin daran interessiert, die schnellen, nahen Wechselwirkungen dieser Wirbelkerne zu untersuchen, insbesondere bei höheren Reynoldszahlen, denn sie scheinen eine Kaskade von Energie auf immer kleinere Längenskalen in endlicher Zeit darzustellen.