- А что скажет история? - А история, как всегда, солжет.
Определение турбулентности от Ричардсона::
В поток бурлящий бросив взгляд,
Вихрей увидишь там каскад:
Меньшой энергию у большего берет,
Пока мельчайших вязкость не сотрет.
+Турбулентность - это неупорядоченное движение, которое в общем случае возникает в жидкостях, газообразных или капельных, когда они обтекают непроницаемые поверхности или же когда соседние друг с другом потоки одной и той же жидкости следуют рядом или проникают один в другой.
Турбулентное движение жидкости предполагает наличие неупорядоченности течения, в котором различные величины претерпевают хаотическое изменение по времени и пространственным координатам и при этом могут быть выделены статистически точные их осредненные значения.
Важнейшие свойства турбулентности:
Беспорядочность
Все турбулентные течения беспорядочны или случайны. Поэтому детерминистский подход к проблеме турбулентности невозможен; вместо этого приходится основываться на статистических методах.
Диффузивность
Другая важная черта всех турбулентных потоков - диффузивность турбулентности, вызывающая быстрое перемешивание и рост переноса количества движения, тепла и массы. Если картина течения похожа на случайную, но в ней отсутствует распространение пульсаций скорости по окружающей жидкости, такое течение определенно не является турбулентным. Конденсационный след за реактивным самолетом как раз относится к таким случаям: за исключением турбулентной области сразу за самолетом конденсационные следы сохраняют свой диаметр почти постоянным на протяжении нескольких миль. Такой поток - не турбулентный, хотя он и был турбулентным в момент своего зарождения. Диффузивность - наиболее важное свойство турбулентности, когда речь идет о приложениях: она предотвращает отрыв пограничного слоя на аэродинамических профилях при больших (но не слишком больших) углах атаки, она интенсифицирует теплообмен во всех видах оборудования, она порождает сопротивление потоку жидкости в трубопроводах и, наконец, она увеличивает перенос количества движения между ветрами и океанскими течениями.
Большие числа Рейнольдса
Турбулентные потоки встречаются лишь при высоких числах Рейнольдса. Турбулентность часто возникает как результат неустойчивости в ламинарных течениях, когда число Рейнольдса становится слишком большим. Эти неустойчивости связаны со взаимодействием вязкостных и нелинейных инерционных членов в уравнениях движения. Это взаимодействие очень сложное: математика нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных еще не достигла той точки развития, когда возможно было бы дать их общее решение. Случайность в сочетании с нелинейностью делает уравнения турбулентности почти неприступными; теория турбулентности страдает от отсутствия достаточно мощных математических методов. Этот недостаток необходимых инструментов сводит все теоретические подходы к проблеме турбулентности к методу проб и ошибок. Приходится заниматься разработкой нелинейных концепций и математического инструментария; для получения ответов на вопросы недостаточно основываться только на уравнениях. Такая ситуация делает исследование турбулентности, с одной стороны разочаровывающим, с другой - нeобыкнoвенно интересным занятием: это одна из важнейших неразрешенных проблем современной физики.
Трехмерные флуктуации завихренности
Турбулентность - это вихревое и трехмерное движение. Турбулентность характеризуется высоким уровнем пульсаций завихренности. По этой причине динамика завихренности играет существенную роль в описании турбулентных течений. Случайные флуктуации завихренности, свойственные турбулентности, не могут поддерживать сами себя, если пульсации скорости были двумерными, поскольку в двумерных потоках отсутствует важный механизм сохранения завихренности, известный как растяжение вихрей. Существенно двумерные течения, такие как циклоны в атмосфере, которые определяют погоду, сами по себе не являются турбулентными, хотя на их характеристики и может сильно влиять мелкомасштабная турбулентность (генерируемая где-либо за счет сдвига или Архимедовых сил), которая взаимодействует с крупномасштабным потоком. Вообще, турбулентные течения всегда демонстрируют высокий уровень пульсаций завихренности. К примеру, случайные волны на поверхности океана не находятся в турбулентном движении, поскольку они существенно бeзвихревые.
Диссипация
Турбулентные течения всегда диссипативны. Вязкостные напряжения сдвига производят работу деформации, увеличивающую внутреннюю энергию жидкости за счет кинетической энергии турбулентности. Для компенсации этих потерь, вызванных вязкостью, турбулентности нужен постоянный подвод энергии. Если энергия поступать не будет, турбулентность быстро исчезнет. У случайных движений, таких как гравитационные волны в планетарных атмосферах и случайные звуковые волны (акустический шум), потери, связанные с вязкостью, не значительны, а, значит, они - не турбулентны. Другими словами, главное различие между случайными волнами и турбулентностью заключается в том, что волны существенно недиссипативны (хотя они часто дисперсивны), а турбулентность существенно диссипативна.
Сплошная среда
Турбулентность - это феномен, относящийся к сплошной среде, описываемый уравнениями механики жидкости. Даже наименьший масштаб в турбулентном течении обыкновенно много меньше любого молекулярного масштаба длины...
Турбулентные течения - это течения
Турбулентность - это не свойство жидкости, а свойство течений жидкости. Динамика турбулентности, по большей части, одна и та же во всех текучих средах, будь это жидкости или газы, если число Рейнольдса достаточно велико; основные характеристики турбулентных потоков не определяются молекулярными свойствами жидкости, где имеет место турбулентность. Так как уравнения движения нелинейны, картина каждого отдельного течения будет иметь свои уникальные характеристики, связанные с его начальными и граничными условиями. Общее решение уравнений Навье-Стокса не известно; следовательно, нет общих решений задач, связанных с турбулентными потоками. Поскольку каждое течение индивидуально, каждое турбулентное течение будет иметь свои особенности, хотя все они имеют немало общих характеристик. Изучающие турбулентность, естественно, игнорируют уникальность каждого индивидуального турбулентного потока и концентрируются на раскрытии и формулировании законов, описывающих целые классы или семейства турбулентных течений.
В поток бурлящий бросив взгляд,
Вихрей увидишь там каскад:
Меньшой энергию у большего берет,
Пока мельчайших вязкость не сотрет.
+Турбулентность - это неупорядоченное движение, которое в общем случае возникает в жидкостях, газообразных или капельных, когда они обтекают непроницаемые поверхности или же когда соседние друг с другом потоки одной и той же жидкости следуют рядом или проникают один в другой.
Турбулентное движение жидкости предполагает наличие неупорядоченности течения, в котором различные величины претерпевают хаотическое изменение по времени и пространственным координатам и при этом могут быть выделены статистически точные их осредненные значения.
Важнейшие свойства турбулентности:
Беспорядочность
Все турбулентные течения беспорядочны или случайны. Поэтому детерминистский подход к проблеме турбулентности невозможен; вместо этого приходится основываться на статистических методах.
Диффузивность
Другая важная черта всех турбулентных потоков - диффузивность турбулентности, вызывающая быстрое перемешивание и рост переноса количества движения, тепла и массы. Если картина течения похожа на случайную, но в ней отсутствует распространение пульсаций скорости по окружающей жидкости, такое течение определенно не является турбулентным. Конденсационный след за реактивным самолетом как раз относится к таким случаям: за исключением турбулентной области сразу за самолетом конденсационные следы сохраняют свой диаметр почти постоянным на протяжении нескольких миль. Такой поток - не турбулентный, хотя он и был турбулентным в момент своего зарождения. Диффузивность - наиболее важное свойство турбулентности, когда речь идет о приложениях: она предотвращает отрыв пограничного слоя на аэродинамических профилях при больших (но не слишком больших) углах атаки, она интенсифицирует теплообмен во всех видах оборудования, она порождает сопротивление потоку жидкости в трубопроводах и, наконец, она увеличивает перенос количества движения между ветрами и океанскими течениями.
Большие числа Рейнольдса
Турбулентные потоки встречаются лишь при высоких числах Рейнольдса. Турбулентность часто возникает как результат неустойчивости в ламинарных течениях, когда число Рейнольдса становится слишком большим. Эти неустойчивости связаны со взаимодействием вязкостных и нелинейных инерционных членов в уравнениях движения. Это взаимодействие очень сложное: математика нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных еще не достигла той точки развития, когда возможно было бы дать их общее решение. Случайность в сочетании с нелинейностью делает уравнения турбулентности почти неприступными; теория турбулентности страдает от отсутствия достаточно мощных математических методов. Этот недостаток необходимых инструментов сводит все теоретические подходы к проблеме турбулентности к методу проб и ошибок. Приходится заниматься разработкой нелинейных концепций и математического инструментария; для получения ответов на вопросы недостаточно основываться только на уравнениях. Такая ситуация делает исследование турбулентности, с одной стороны разочаровывающим, с другой - нeобыкнoвенно интересным занятием: это одна из важнейших неразрешенных проблем современной физики.
Трехмерные флуктуации завихренности
Турбулентность - это вихревое и трехмерное движение. Турбулентность характеризуется высоким уровнем пульсаций завихренности. По этой причине динамика завихренности играет существенную роль в описании турбулентных течений. Случайные флуктуации завихренности, свойственные турбулентности, не могут поддерживать сами себя, если пульсации скорости были двумерными, поскольку в двумерных потоках отсутствует важный механизм сохранения завихренности, известный как растяжение вихрей. Существенно двумерные течения, такие как циклоны в атмосфере, которые определяют погоду, сами по себе не являются турбулентными, хотя на их характеристики и может сильно влиять мелкомасштабная турбулентность (генерируемая где-либо за счет сдвига или Архимедовых сил), которая взаимодействует с крупномасштабным потоком. Вообще, турбулентные течения всегда демонстрируют высокий уровень пульсаций завихренности. К примеру, случайные волны на поверхности океана не находятся в турбулентном движении, поскольку они существенно бeзвихревые.
Диссипация
Турбулентные течения всегда диссипативны. Вязкостные напряжения сдвига производят работу деформации, увеличивающую внутреннюю энергию жидкости за счет кинетической энергии турбулентности. Для компенсации этих потерь, вызванных вязкостью, турбулентности нужен постоянный подвод энергии. Если энергия поступать не будет, турбулентность быстро исчезнет. У случайных движений, таких как гравитационные волны в планетарных атмосферах и случайные звуковые волны (акустический шум), потери, связанные с вязкостью, не значительны, а, значит, они - не турбулентны. Другими словами, главное различие между случайными волнами и турбулентностью заключается в том, что волны существенно недиссипативны (хотя они часто дисперсивны), а турбулентность существенно диссипативна.
Сплошная среда
Турбулентность - это феномен, относящийся к сплошной среде, описываемый уравнениями механики жидкости. Даже наименьший масштаб в турбулентном течении обыкновенно много меньше любого молекулярного масштаба длины...
Турбулентные течения - это течения
Турбулентность - это не свойство жидкости, а свойство течений жидкости. Динамика турбулентности, по большей части, одна и та же во всех текучих средах, будь это жидкости или газы, если число Рейнольдса достаточно велико; основные характеристики турбулентных потоков не определяются молекулярными свойствами жидкости, где имеет место турбулентность. Так как уравнения движения нелинейны, картина каждого отдельного течения будет иметь свои уникальные характеристики, связанные с его начальными и граничными условиями. Общее решение уравнений Навье-Стокса не известно; следовательно, нет общих решений задач, связанных с турбулентными потоками. Поскольку каждое течение индивидуально, каждое турбулентное течение будет иметь свои особенности, хотя все они имеют немало общих характеристик. Изучающие турбулентность, естественно, игнорируют уникальность каждого индивидуального турбулентного потока и концентрируются на раскрытии и формулировании законов, описывающих целые классы или семейства турбулентных течений.
@темы: океанология, записки на полях, учеба