Les anneaux de vortex sont une merveille intrigante de la dynamique des fluides, omniprésente dans la nature. Ces tourbillons toroïdaux, ou en forme de beignet, sont formés par le sang qui circule dans le cœur humain, expulsés sous forme d’anneaux de bulles par le dauphin et d’autres mammifères marins pour s’amuser, et même éjectés des cratères des volcans en éruption. Ces tourbillons sont constitués d’un fluide en circulation qui tourne autour d’une boucle fermée, c’est-à-dire que les lignes de tourbillon du fluide en circulation forment un anneau. Les anneaux tourbillonnaires sont formés par l’éjection d’une goutte de fluide à travers un orifice au bord aiguisé dans un fluide stationnaire ambiant. Les interactions visqueuses entre les deux fluides font que le fluide éjecté s’enroule sur lui-même de façon axisymétrique, formant un tourbillon en forme de beignet qui circule autour d’un noyau de tourbillon et se translate dans la direction normale à l’orifice.
Pour information : Ryan McKeown
En haut à droite : collision d’anneaux tourbillonnaires et gros plan de la décomposition du noyau tourbillonnaire. En bas à gauche : Reconstruction 3D de la collision d’un anneau de vortex.La bande creuse le long de l’anneau extérieur de la collision est le noyau de vortex.
La collision frontale entre deux anneaux de vortex identiques a été précédemment examinée macroscopiquement, et il a été montré que la collision produit un modèle d’écoulement complexe ; cependant, la dynamique de la collision n’a jamais été expliquée. Lorsque deux anneaux tourbillonnaires laminaires entrent en collision frontale, ils se dilatent d’abord radialement le long du plan de collision lorsque leurs noyaux se rapprochent l’un de l’autre. Cependant, lorsque la distance entre les noyaux devient comparable à leur taille, en fonction du nombre de Reynolds initial, ils se reconnectent en anneaux tourbillonnaires secondaires ou se décomposent en un nuage turbulent, comme illustré ci-dessus à droite. Je suis intéressé par l’examen des interactions rapides et rapprochées de ces noyaux de vortex, en particulier à des nombres de Reynolds plus élevés, car ils semblent présenter une cascade d’énergie vers des échelles de longueur de plus en plus petites en temps fini.