ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Определение турбулентности из "Введение в механику жидкости " Рейнольде Осборн (1842—1912 гг.) — выдающийся английский физик и инженер, профессор Манчестерского университета, основоположник теории турбулентности. [c.132] Казалось бы, не составляет труда дать определение турбулентности, отражающее наиболее существенные особенности этой формы движения жидкости. Однако практика показала, что данный вопрос нередко вызывает затруднения. Действительно, часто можно услышать высказывания типа Турбулентные течения — это течения, которые имеют сложную вихревую структуру . Такое определение турбулентности нельзя признать удачным, хотя может показаться, что оно вытекает из опыта О. Рейнольдса. Действительно, существуют течения, имеющие весьма сложную структуру, которые, тем не менее, являются течениями ламинарными. Примером может служить хорошо известная дорожка Кармана в следе за обтекаемым телом, в которой отчетливо видны вихри Кармана (см. рис. 7.14). [c.133] Каковы же наиболее существенные отличительные признаки турбулентного течения Ответить на этот вопрос поможет следующий эксперимент. [c.133] При ламинарном течении все реализации процесса [ (i)] будут одинаковыми. Действительно, ламинарное течение полностью определяется задаваемыми начальными и граничными условиями, а они, как мы договорились, не изменяются от опыта к опыту. Правда, всегда существуют малые возмущения поля скорости, которые мы контролировать не можем. Причины этих малых возмущений могут быть различными вибрации, нестабильности источника питания, состояние обтекаемых жидкостью поверхностей и др. Однако ламинарное течение устойчиво по отношению к малым возмущениям — они подавляются, диссипируют в ламинарном потоке под действием молекулярной вязкости. [c.134] все реализации ламинарного течения одинаковы. В частности, в стационарных условиях эти реализации в точке А выражаются формулой [Uj(t)] = onst и изображаются прямой на графике рис. 8.2, а. [c.134] Теперь изменим параметры эксперимента так, чтобы течение в трубе стало турбулентным. Вновь проведем опыт N раз в идентичных условиях, чтобы получить TV реализаций турбулентного поля скорости. Убеждаемся, что все реализации турбулентного течения различны Причина различий заключается в том, что задаваемые нами режимные параметры, неизменные от опыта к опыту, в случае турбулентного течения не полностью определяют поле скорости, поскольку турбулентное течение неустойчиво к малым возмущениям поля скорости. При течении вязкой несжимаемой жидкости с постоянными свойствами в отсзлтствие внешних массовых сил (будем рассматривать только такие течения) критерием устойчивости является число Рейнольдса. Критерий Re может быть интерпретирован как соотношение характерных значений сил инерции и вязкости. Силы инерции, связанные с перемешиванием различных объемов жидкости, движущихся с разными скоростями, способствуют образованию в потоке структурных неоднородностей, характерных для турбулентного течения. Силы вязкости, наоборот, приводят к сглаживанию неоднородностей, возмущающих плавное движение жидкости. Поэтому очевидно, что течения с достаточно малыми значениями Re будут ламинарными, а с достаточно большими — турбулентными. Этот принципиальный вывод и был сформулирован О. Рейнольдсом. [c.134] Турбулентность — движение жидкости, предполагающее неупорядоченность течения, в котором все величины (скорость, температура, давление и т.п.) претерпевают хаотические изменения по времени и пространственным координатам, но при этом могут быть выделены статистически точные их осредненные значения. [c.136] Таким образом, турбулентное поле вектора скорости, а также скалярные поля (температуры, давления, концентрации и т.п.) рассматривают как случайные поля, применяя при их исследовании аппарат теории вероятностей и математической статистики. [c.136] Вернуться к основной статье