Vortexringar är ett fascinerande underverk inom flödesdynamiken som är allestädes närvarande i naturen. Dessa toroidala eller donutformade virvlar bildas av blod som strömmar genom människans hjärta, utstöts som bubbelringar ringar av delfiner och andra marina däggdjur för att roa sig, och till och med utstöts från kratrarna på vulkaner i utbrott. Dessa virvlar består av en cirkulerande vätska som roterar runt en sluten slinga, det vill säga virvellinjerna i den cirkulerande vätskan bildar en ring. Virvelringar bildas genom att man kastar ut en vätskesnurra genom en öppning med en vass kant i en omgivande, stationär vätska. De viskösa interaktionerna mellan de två vätskorna gör att den utsprutade vätskan krullar tillbaka på sig själv axelsymmetriskt och bildar en donutformad virvel som cirkulerar runt en virvelkärna och förflyttar sig i den riktning som är normal till öppningen.
För information: Ryan McKeown
Ovan till höger: Vortexringkollision och närbild på uppdelning av vortexkärnan. Nedan till vänster: 3D-rekonstruktion av virvelringskollisionen. det ihåliga bandet längs den yttre ringen av kollisionen är virvelkärnan.
Den frontala kollisionen mellan två identiska virvelringar har tidigare undersökts makroskopiskt, och det har visats att kollisionen ger upphov till ett komplext flödesmönster, men dynamiken i kollisionen har aldrig förklarats. När två laminära virvelringar kolliderar frontalt expanderar de båda först radiellt längs kollisionsplanet när deras kärnor närmar sig varandra. När avståndet mellan kärnorna blir jämförbart med deras storlek, beroende på det initiala Reynoldstalet, återförenas de antingen till sekundära virvelringar eller bryts ner till ett turbulent moln, vilket visas ovan till höger. Jag är intresserad av att undersöka de snabba, nära interaktionerna mellan dessa virvelkärnor, särskilt vid högre Reynoldstal, eftersom de verkar visa upp en kaskad av energi till allt mindre längdskalor på ändlig tid.