Kelvin–Helmholtz-instabilitás

Fájl:Kelvin-Helmholtz Instability.ogv A Kelvin–Helmholtz-instabilitás (Lord Kelvin és Hermann von Helmholtz után) akkor következik be, amikor két egymáson „mozgó”, nem keveredő fluidumfelület között sebességkülönbség van. Például víz felszíne és szél. Az instabilitás a víz felszínén megjelenő hullámokban nyilvánul meg. Ezen kívül a felhők, az óceán, a Szaturnusz gyűrűi, a Jupiter Nagy Vörös Foltja és a Nap koronája is mutatják ezt az instabilitást.

Áttekintés

Kelvin–Helmholtz-instabilitás felhők esetén

Kelvin-Helmholtz-instabilitás a Szaturnusz két gyűrűjének határán

Kelvin–Helmholtz-instabilitás 500 m mélyen az Atlanti-óceánban

Az elmélet előrejelzi az instabilitás beálltát és a turbulens áramlásba való átmenetet különböző sűrűségű fluidumok eltérő sebességű mozgása esetén. Helmholtz két különböző sűrűségű fluidum dinamikáját tanulmányozta egy kis zavar, például hullám, a fluidumok határfelületére való bevitelekor.

Elég rövid hullámhosszakra, a felületi feszültséget elhanyagolva, a határfelület instabillá válik bármilyen sebességre. A felületi feszültség azonban stabilizálja az ilyen kis hullámhosszúságú instabilitásokat, és ez a stabilitás fenn is marad egy bizonyos sebességhatárig. A felületi feszültséget magába foglaló elmélet nagyjából előrejelzi a hullámok kialakulását víz felületén fújó szél esetén.

Nemrég fedezték fel, hogy a fluidumok lineáris dinamikájára vonatkozó egyenletekre érvényes a paritás-idő szimmetria, és a Kelvin–Helmholtz-instabilitás akkor és csakis akkor következik be, ha a paritás-idő szimmetria spontán sérül.

Folyamatosan változó sűrűség- és sebességeloszlás esetén (a könnyebb rétegekkel felül, hogy a fluidum RT-stabil legyen) a Kelvin–Helmholtz-instabilitás dinamikáját a Taylor–Goldstein-egyenlet írja le, és beálltát a Richardson-szám ($Ri$) határozza meg. Általában a réteg instabil $Ri<0.25$ esetén.

Ezen instabilitás tanulmányozása alkalmazható a plazmafizikában, például tehetetlenségi összetartású fúzióban.

Források

• Sablon:Cite web
• Sutherland, Scott (March 23, 2017). "The Weather Network". Pelmorex Media.
• Fox, Karen C. (June 7, 2011). "NASA-The Sun-Earth Connection: Heliophysics". NASA. Sablon:Wayback
• Drazin, P. G. (2003). Elsevier Ltd. p. 1068–1072.
• Qin, H.; et al. (2019). "Kelvin-Helmholtz instability is the result of parity-time symmetry breaking". Physics of Plasmas.