Концентрированные вихри (КВ), возникающие в закрученных потоках жидкости или газа, интересны с точки зрения как фундаментальных, так и прикладных исследований. В случае идеальной жидкости характерной особенностью КВ является локализация завихренности в областях пространства цилиндрической формы, внутри которых среда вращается практически как твердое тело, а вне цилиндрических трубок вращательное движение быстро спадает с удалением от центра до нулевого значения. Таким образом, КВ - это совокупность вихревой трубки с примерно постоянным значением завихренности и внешнего вращательного течения вокруг трубки, причем приосевая завихренная область течения обычно называется ядром вихря. В ядре вихря, кроме вращательного движения, может существовать и осевое течение, в этом случае концентрированный вихрь представляет собой закрученную струю.
В природе реализуется множество вихревых движений, которые можно интерпретировать как концентрированные вихри с той или иной степенью приближенности к указанному выше идеализированному объекту. В литературе имеется множество тому примеров: вихри, возникающие в земной атмосфере и проявляющиеся в виде смерчей, торнадо, тайфунов и ураганов, их мелкомасштабные аналоги - водяная воронка и пыльный "дьявол", а также макромасштабные явления, такие как океанические или атмосферные циклоны (антициклоны), и даже явления на астрофизическом уровне, а именно - спиральные галактики.
Важную и даже определяющую роль КВ играют и в технике. Им уделяют особое внимание при разработке устройств в нижеприведенных случаях:
- В циклонах и скрубберах, где КВ вмешиваются в процессы эффективного разделения различных фракций;
- В вихревых расходомерах, где по частоте прецессии концентрированного вихря в закрученном потоке определяют расход жидкости;
- За рабочим колесом гидротурбины, где возникает прецессирующий вихревой жгут, вызывающий интенсивные пульсации давления;
- В вихревых топочных камерах и вихревых горелках при воздействии вихревых нестационарных структур на процессы горения;
- В вихревой трубке Ранка - Хилша, где возникают сложные вихревые структуры;
- При обтекании треугольного крыла, где формируются вихревые жгуты, и их распад влияет на подъемную силу и управляемость летательных аппаратов;
- При интенсификации теплообмена на поверхности с лункообразными кавернами.
Несмотря на безусловную актуальность исследования концентрированных вихрей, эти явления все еще слабо изучены, так как их сложность и многообразие поведения влекут за собой огромные трудности, как при их математическом описании, так и при экспериментальном исследовании. В связи с этим теории базируются в основном на приближенных моделях. Что касается эксперимента, то имеется ограниченное количество научных работ, в которых получены данные по устойчивости и динамике концентрированных вихрей. Данные трудности стали причиной того, что к настоящему времени ещё не сложилась целостная картина динамики концентрированных вихрей. Таким образом, фундаментальное комплексное изучение динамики концентрированных вихревых структур, безусловно, является актуальной задачей науки и техники.
В Институте теплофизики Сибирского отделения Российской академии наук, начиная с 80-х годов, занимаются изучением динамики концентрированных вихрей. Сформировалсь научная школа в данной тематике, и основные результаты научной деятельности изложены в монографии С.В. Алексеенко и др. "Введение в теорию концентрированных вихрей", 2003. В настоящий момент имеется большой коллектив молодых исследователей, которые работают в данной тематике, имеется достаточная экспериментальная база для осуществления современных исследований, включающая в себя: экспериментальны стенды (гидравлические контуры и эродинамический стенд), современные оптические системы измерения полей скоростей: LDA и PIV (в Stereo-PIV комплектации), пьезоэлектрические датчики давления, шумомеры, современные системы скоростной визуализации, персональные компьютеры и т.д.