С наступлением зимы в полную силу температура наружного воздуха стремительно падает. Но внутри сильного торнадо всегда холодно, независимо от времени года. Новое исследование Concordia доказывает, почему это так.
В статье, готовящейся к публикации в Journal of Aircraft Американского института аэронавтики и астронавтики, профессор машиностроения Георгиос Ватистас рассматривает случай сильного торнадо, приземлившегося в 1955 году в Скоттсблаффе, штат Небраска.
Во время шторма трое ведущих из мобильного подразделения местной радиостанции вели прямой репортаж с места происшествия и были вынуждены укрыться в подвале каменного дома. Там, когда воронка торнадо прошла над головой, они сообщили о странных климатических изменениях. Температура упала со средней середины лета до прохладной, пока вещателям не стало по-настоящему холодно. Им также было трудно дышать.
В течение 61 года причина этих явлений оставалась невыясненной. Входит Ватистас - ведущий специалист по этой теме, - который смог сформулировать аналитический подход, позволивший ему построить новую математическую модель турбулентного сжимаемого вихря.
Для этого он расширил свои предыдущие теоретические разработки по вихрям, включив в них эффекты турбулентности и изменения плотности.
«Используя этот новый продвинутый подход, мы смогли впервые определить причину падения температуры внутри вихрей», - говорит Ватистас, который проводил исследование с недавними студентами магистратуры Concordia Бадвалом Гурпритом Сингхом (MASc 14).) и Рахул Рампал (MASc 14).
"По мере того, как воздушные карманы перемещаются от внешней периферии вихря к его центру, они расширяются, тем самым снижая температуру и плотность."
В случае со Скоттсблаффом Ватистас и его команда обнаружили, что температура внутри торнадо упала с комфортных теплых фоновых 27°C до холодных 12°C. А в центре торнадо исследователи оценили плотность воздуха была бы на 20 процентов ниже, чем на больших высотах.
«Это так называемая «зона смерти» на высоте 8 000 метров над уровнем моря, выше которой альпинисты не должны подниматься без вспомогательного оборудования для дыхания», - объясняет Ватистас.
Вот почему репортеры в Скоттсблаффе сообщили, что чувствуют себя лишенными кислорода. К счастью, торнадо быстро прошел, и они избежали удушья.
"Я надеюсь, что это важное открытие поможет исследователям лучше понять многие загадочные проявления, связанные с сильными атмосферными вихрями, такими как торнадо и водяные смерчи."
Исследование также поможет инженерам улучшить работу охлаждающих вихревых трубок, которые часто используются для охлаждения режущих инструментов при механической обработке, различных электронных компонентов, термоклеев, газовых проб и термосваривания.