看各位的阅读理解能力了，涡旋和旋涡是同一现象吗？有点烧脑
在描述流体的旋转运动时，有两个常用术语经常被交替使用：涡旋 eddies和旋涡 vortices。
但是，它们真的是同义的现象吗？
旋涡（vortex）：指的是流体或空气的旋转运动，通常以旋转中心为特征。旋涡可以在各种自然和人造系统中观察到，例如龙卷风、飓风、漩涡，甚至在移动物体后面的尾流中。旋涡通常是三维结构，具有明确定义的旋转轴。
涡旋（eddy）：是流体或气流中局部的旋转运动。涡旋通常在湍流中发现，可以被视为小尺度的旋涡。它们通常是二维结构，没有像旋涡那样明确定义的旋转轴。涡旋是短暂的，并且在流体流动中形成和消散。
1）大小和尺度：与涡旋相比，旋涡通常是更大规模的结构。旋涡通常指的是跨越流动场显著部分的连贯旋转区域。它们可以被观察为有组织的、有明显结构的实体。另一方面，涡旋是存在于更大流动场中的小尺度结构。涡旋以局部旋转运动为特征，可以表现出从非常小到中等尺度的广泛大小范围。
2）形成机制：旋涡和涡旋可以通过不同的机制形成。旋涡通常与流动中障碍物的存在或局部旋转源有关。这些障碍物或源可以诱导形成连贯的旋转区域，从而形成旋涡。另一方面，涡旋可以通过各种过程形成，例如湍流混合、剪切流动或流动不稳定性。它们由于不同流体层或区域之间的复杂相互作用而产生，导致局部旋转运动。
3）连贯性和持久性：与涡旋相比，旋涡往往是更连贯和持久的结构。旋涡可以在流动下游演变时保持其结构和身份更长时间。它们表现出明确定义的边界，并且通常可以被可视化为不同的实体。相比之下，涡旋更短暂，并且可以更快地出现和消失。它们高度受周围流动条件的影响，并且在更短的时间尺度上可以在大小、形状和强度上发生变化。
4）对流动的影响：旋涡和涡旋对流动行为有不同的影响。特别是更大规模的旋涡，可以显著改变流动模式，引起压力变化，并影响整体流动特性。它们可以导致流动分离，影响热和质量传递，并影响设备或结构的性能。作为小尺度结构的涡旋，对流动中的局部混合和传输过程贡献更多。它们增强了流体属性的混合，影响湍流强度，并有助于湍流中能量的耗散。
5）数学公式和分析：旋涡的数学公式涉及流体动力学原理的应用。在二维流动中，描述旋涡的常用数学模型是涡点或点涡模型。该模型将旋涡表示为具有一定循环强度和在流动场中位置的点。单个点涡引起的速度场可以使用Biot-Savart定律来描述，该定律将给定点的速度与循环强度和距离涡旋的距离相关联。对于多个旋涡的系统，可以通过叠加每个单独旋涡的贡献来获得速度场。在三维流动中，需要更复杂的数学公式来描述旋涡。这些公式通常涉及向量微积分、Navier-Stokes方程和势流理论。涡方法、涡面方法和计算流体动力学（CFD）模拟等技术通常用于数值求解和表示三维流动中的旋涡。涡旋的数学公式，与旋涡类似，依赖于流体动力学原理。涡旋通常以流体中的旋转运动和湍流模式为特征。在数学术语中，涡旋的描述通常涉及湍流建模和使用控制流体流动的方程。Navier-Stokes方程，作为流体动力学中的基本方程，通常用于数学上表示涡旋和湍流。然而，由于湍流的复杂和混乱性质，直接为湍流涡旋求解Navier-Stokes方程通常是具有挑战性的。因此，使用各种湍流模型来近似和模拟涡旋的行为。一种广泛使用的湍流模型是雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程，它涉及对时间或空间的流动变量进行平均。这些方程，结合额外的闭合模型，如湍流动能（k）和耗散率（ε）方程，为描述湍流中的涡旋提供了数学框架。此外，更高级的计算方法，如大涡模拟（LES）或直接数值模拟（DNS），可以用来解析和模拟涡旋的详细结构和动力学。
旋涡和涡旋可以相互影响并影响整体流动行为。以下是旋涡和涡旋如何相互作用的一些示例：
1）涡旋脱落：当大规模旋涡，例如从流体流动中的钝体脱落的旋涡，与周围流动相互作用时，它可以产生更小尺度的涡旋。这些涡旋在旋涡的尾流中形成，通常被称为涡旋脱落或Karman涡旋。这些涡旋交替地发生在主旋涡的两侧，导致物体下游的涡旋呈现出周期性的模式。这种现象通常在像圆柱体、机翼和建筑物等物体后面观察到，它可以导致流动模式和作用在物体上的力发生显著变化。
2）涡旋诱导的涡旋形成：在湍流中，多个涡旋之间的相互作用可以导致更大规模旋涡的形成。当不同大小和强度的涡旋碰撞或合并时，它们可以将它们的旋转运动结合起来形成连贯的旋涡。这个过程在湍流边界层中尤为突出，小尺度涡旋相互作用并组织成称为发夹涡旋的更大规模结构。这些发夹涡旋在边界层内动量和热的传输中起着至关重要的作用。
3）气系统中的旋涡-涡旋相互作用：在气象学中，旋涡和涡旋之间的相互作用通常在大气系统中观察到。例如，在严重的雷暴或龙卷风中，可以在主旋涡结构内产生较小的涡旋。这些较小的涡旋，通常被称为吸入涡旋或子涡旋，有助于强烈的旋转运动和风暴的整体动态。在气象学中，旋涡和涡旋之间的相互作用通常在大气系统中观察到。例如，在像飓风这样的大规模天气系统中，主旋涡与小尺度涡旋之间的相互作用可以影响风暴的结构、强度和路径。这些示例突出了旋涡和涡旋在各种流体流动场景中的相互作用，从旋涡与周围流动的相互作用到通过涡旋相互作用形成旋涡。这些相互作用对于理解和预测流动行为很重要，并且在空气动力学、气象学和海洋学等领域具有重要的意义。
