В гидродинамике шлейф или столб — это вертикальное тело одной жидкости, движущееся через другую . Движение жидкости контролируется несколькими эффектами, включая импульс (инерцию), диффузию и плавучесть (разницу в плотности). Чистые струи и чистые шлейфы определяют потоки, которые полностью управляются эффектами импульса и плавучести соответственно. Потоки между этими двумя пределами обычно описываются как вынужденные шлейфы или плавучие струи. «Плавучесть определяется как положительная», когда в отсутствие других сил или начального движения поступающая жидкость имеет тенденцию подниматься. Ситуации, когда плотность жидкости шлейфа превышает плотность окружающей среды (т. е. в неподвижных условиях его естественная тенденция заключалась бы в том, чтобы опускаться), но поток имеет достаточный начальный импульс, чтобы перенести его на некоторое расстояние по вертикали, описываются как отрицательная плавучесть. [1]
Обычно по мере удаления от источника шлейф расширяется из-за увлечения окружающей жидкости по его краям. На форму шлейфа может влиять поток окружающей жидкости (например, если местный ветер, дующий в том же направлении, что и шлейф, приводит к образованию встречной струи). Обычно это приводит к тому, что шлейф, в котором изначально «доминировала плавучесть», становится «доминантой импульса» (этот переход обычно предсказывается безразмерным числом, называемым числом Ричардсона ).
Еще одним важным явлением является то, имеет ли шлейф ламинарный или турбулентный поток . Обычно происходит переход от ламинарного режима к турбулентному по мере удаления шлейфа от источника. Это явление хорошо видно по поднимающемуся столбу дыма от сигареты. Когда требуется высокая точность, для моделирования шлейфов можно использовать вычислительную гидродинамику (CFD), но результаты могут быть чувствительны к выбранной модели турбулентности . CFD часто применяется для шлейфов ракет , где помимо газообразных компонентов могут присутствовать компоненты конденсированной фазы. Эти типы моделирования могут быть довольно сложными, включая догорание и тепловое излучение , и (например) запуски баллистических ракет часто обнаруживаются путем обнаружения горячих шлейфов ракет.
Конструкторы космических кораблей иногда обеспокоены попаданием шлейфов двигателей системы ориентации на чувствительные подсистемы, такие как солнечные батареи и системы отслеживания звезд , или попаданием шлейфов ракетных двигателей на поверхности Луны или планет, где они могут вызвать локальные повреждения или даже среднесрочные нарушения планетарной системы . атмосферы .
Другое явление, которое также можно ясно увидеть в потоке дыма от сигареты, состоит в том, что передняя кромка потока, или стартовый шлейф, нередко имеет примерно форму кольца-вихря ( дымового кольца ). [2]
Загрязняющие вещества , попадающие в почву, могут проникнуть в грунтовые воды , что приводит к загрязнению грунтовых вод . Образующийся в результате объем загрязненной воды внутри водоносного горизонта называется шлейфом, а его мигрирующие края называются фронтами шлейфа. Шлейфы используются для определения местоположения, картирования и измерения загрязнения воды в пределах всего водоносного горизонта, а фронты шлейфов используются для определения направления и скорости распространения загрязнения в нем. [3]