I vortici sono un’intrigante meraviglia della dinamica dei fluidi che sono onnipresenti in tutta la natura. Questi vortici toroidali, o a forma di ciambella, sono formati dal sangue che scorre nel cuore umano, espulsi come anelli di bolle dai delfini e da altri mammiferi marini per divertimento, e persino espulsi dai crateri dei vulcani in eruzione. Questi vortici consistono in un fluido circolante che ruota intorno a un anello chiuso; cioè, le linee del vortice del fluido circolante formano un anello. Gli anelli di vortice sono formati dall’espulsione di una quantità di fluido attraverso un orifizio con un bordo affilato in un fluido ambientale e stazionario. Le interazioni viscose tra i due fluidi fanno sì che il fluido espulso si arricci su se stesso in modo assialsimmetrico, formando un vortice a forma di ciambella che circola intorno a un nucleo vorticoso e si traduce nella direzione normale all’orifizio.
Per informazioni: Ryan McKeown
In alto a destra: collisione dell’anello del vortice e primo piano della rottura del nucleo del vortice. In basso a sinistra: ricostruzione 3D della collisione dell’anello di vortici, la banda cava lungo l’anello esterno della collisione è il nucleo del vortice.
La collisione frontale tra due anelli di vortici identici è stata precedentemente esaminata macroscopicamente, ed è stato dimostrato che la collisione produce un complesso modello di flusso; tuttavia, la dinamica della collisione non è mai stata spiegata. Quando due anelli di vortici laminari si scontrano frontalmente, entrambi si espandono radialmente lungo il piano di collisione quando i loro nuclei si avvicinano l’uno all’altro. Tuttavia, quando la distanza tra i nuclei diventa paragonabile alla loro dimensione, a seconda del numero di Reynolds iniziale, si ricongiungono in anelli di vortici secondari o si scompongono in una nube turbolenta, come mostrato sopra a destra. Sono interessato ad esaminare le interazioni rapide e ravvicinate di questi nuclei vorticosi, specialmente a numeri di Reynolds più alti, perché sembrano mostrare una cascata di energia a scale di lunghezza sempre più piccole in un tempo finito.