Самоорганизация и турбулентность

В гл. 1 изложены физико-химические и гидродинамические основы химии, нефтехимии и химические технологии. В ней на основе анализа общего нелинейного параболического уравнения предложены условия возникновения самоорганизации и турбулентности, проведена проверка этой закономерности с известными результатами экспериментальных исследований разработаны методы решения уравнений переноса количества движения, вещества и энергией для сложного тепломассообмена в системах с различной реологией, с учетом входного участка. [c.8]

За последнее время исследованию самоорганизации и хаоса (турбулентности) посвящено значительное число работ и монографий (см., например [2-5]). При рассмотрении этой проблемы в данной главе нс ставится задача анализа всех существующих работ, а сделана попытка ответить на следующие вопросы [c.10]

Такой мерой является нарушение симметрии системы. В рассматриваемом случае полиморфного превращения кристалла при понижении температуры возможна утрата симметрии, поскольку кубическая решетка обладает более высокой симметрией. Аналогично, кристалл, возникающий после охлаждения жидкости, менее симметричен (более упорядоченная система), чем исходная жидкость жидкость после возникновения в ней конвекционных течений в задаче Бенара менее симметрична, чем та же покоящаяся жидкость ферромагнетик, где все магнитные моменты отдельных атомов ориентированы в одном направлении, менее симметричен парамагнетика со случайным направлением этих моментов. И вообще, возникновение любой пространственной или временной структуры нарушает однородность среды, т. е. симметрию по отношению к трансляциям в пространстве или во времени. Поэтому турбулентное течение жидкости, возникающее при сильной неравновесности и характеризуемое появлением сложной структуры (самоорганизация), является более упорядоченным (менее хаотическим), чем ламинарное течение. [c.373]

С позиций синергетики самоорганизация диссипативных структур, как уже отмечалось, связана с достижением точек бифуркаций, переход через которые приводит к самоорганизации структуры, обеспечивающей упорядочение более высокого ранга. Отсюда можно сделать вывод, что оптимизация конструкций промежуточных разливных устройств и режимов разливки стали непосредственно связана с обеспечением условий для формирования потока жидкости при режимах, отвечающих переходу от ламинарного течения к турбулентному. Числовые значения технологических параметров могут быть получены на базе диаграмм трехмерного течения расплава, разработанных в [341]. [c.222]

При МЛ стадия 1 связана с самоорганизацией турбулентных ДС на макроуровне, а стадии 2 и 3 — динамических и квазистатических ДС на мезо- и микроуровнях соответственно. Макроуровень, как более высокий уровень иерархии, характеризуется меньшей способностью к диссипации энергии, чем мезо- и микроуровни. На этом уровне диссипация энергии наиболее высока при турбулизации среды. Поэтому технологические параметры процесса должны обеспечивать формирование вихревого состояния среды, при котором возможен физический контакт между составляющими шихты. [c.325]

Процессы самоорганизации на фоне турбулентного движения являются важнейшим механизмом, формирующим свойства астрофизических объектов на разных стадиях их эволюции, включая возникновение галактик и галактических скоплений, рождение звезд из диффузной среды газопылевых облаков, образование протопланетных дисков и последующую аккумуляцию планетных систем. Эти основополагающие представления и развиваемые на их основе модели составляют основу звездной и планетной космогонии и являются также важным элементом космологии Вселенной. К сожалению, здесь пока сохраняется много проблем, ожидающих своего разрешения. [c.53]

Помимо разделов, традиционно входящих в программы курсов по теории колебаний и теории волн, в книге содержится совсем новый материал, который до настоящего времени практически не излагался в монографической и, тем более, в учебной литературе. Это, в частности, анализ стохастического поведения простых систем, обсуждение связи гидродинамической турбулентности со стохастическими автоколебаниями и их математическим образом — странным аттрактором, рассмотрение основных идей и феноменов теории самоорганизации — нового раздела теории нелинейных колебаний и волн. [c.10]

При всех разобранных сценариях турбулентность возникает через последовательность бифуркаций, происходящих по мере увеличения значения управляющего параметра (числа Рейнольдса). Этим бифуркациям отвечают (по принятой теперь терминологии) неравновесные фазовые переходы. Можно сказать, таким образом, что переход от ламинарного течения к турбулентному идет через последовательность фазовых переходов. По И. Пригожину и Г. Хакену процессы самоорганизации представляются как последовательности фазовых переходов, происходящих при изменении соответствующих управляющих параметров. В связи с этим можно поставить следующий вопрос. Является ли переход от ламинарного течения к турбулентному примером процесса самоорганизации н, следовательно, примером перехода от менее упорядоченного движения к более упорядоченному [c.10]

Таким образом, принимая энтропию за меру неопределенности, можно сказать, что при переходе от ламинарного течения к турбулентному степень упорядоченности возрастает и тем самым идет при этом процесс самоорганизации ( 5-теорема [14]). Большая упорядоченность турбулентного течения проявляется в замене молекулярной передачи импульса от слоя к слою соответствующим кооперативным, упорядоченным процессом — возникает турбулентная вязкость. Это определяет, в частности, изменение закона сопротивления при течениях по трубам и каналам и при обтекании тел. [c.11]

Случай проявления турбулентности при наличии нелинейной зависимости фазы (частоз ы) от амплитуды возмущения проиллюстрирован в работе (24 . Поскольку нерснективы применения закономерности, характеризующей самоорганизацию и турбулентность, широки как в настоящем, так и в будущем времени, эта закономерность но мере своего дальнейшего изучения позволит глубже понять разнообразные сложные явления в неживой и живой природе, [c.17]

Интересно отметить, что идентичная точка зрения имеется в английской книге Порядок из хаоса , написанной И. Пригожи-ным совместно с Изабелл Стенгерс, и выпущенной в апреле 1984 г. [15]. На с. 141 и 142 авторы пишут В течение долгого времени турбулентность отождествлялась с беспорядком или шумом. . . переход от ламинарного течения к турбулентному есть процесс самоорганизации. Часть энергии системы, которая в ламинарном движении была тепловым движением молекул, преобразуется в организованное макроскопическое движение . Эти слова очень точно соответствуют результатам расчета, проведенного в работе [14]. В. Эбелинг вместе со своими сотрудниками также выполнил ряд исследований по расчету энтропии ламинарного и турбулентного движений, подтвердивших точку зрения на переход от ламинарного течения к турбулентному, как на процесс самоорганизации. Многие результаты указанных здесь работ освещены в обзоре Самоорганизация и турбулентность [16]. Данная книга Г. Хакена написана, по-видимому, в основном в 1982 г.— начале 1983 г. и отражает сложившийся к этому времени взгляд на характер турбулентного движения более поздняя точка зрения автора нам, к сожалению, неизвестна. [c.11]

Монография посвящена математическому моделированию тепломассообмена в сложных 1 ермогидрогазодинамических процессах в многокомпонентных струйных и пленочных течениях, описываемых нелинейными уравнениями переноса количества движения, вещества и энергии. Многокомпонентные струйные течения и тепломассообмен в них исследованы в различных режимах эжекционных, кавитационных, пульсационных, вихревых, свободно истекающих. Моделированием общею нелинейного параболического уравнения установлена закономерность возникновения самоорганизации, маломодового хаоса, многомодовой турбулентности. Приведены методы решения сложных нелинейных уравнений переноса в различных гидродинамических режимах. [c.2]

Несмотря на то, что при анализе волнового течения пленки жидкости и массообмена в ней формально соблюдаюз ея основные внешние признаки турбулентности -к осредненной скорости добавляется скорость пульсационного движения (1.3.12), а также добавка к потоку вещества, обусловленному турбулентным переносом (третий член уравнения (1.3.8)) - все эти добавки не носят случайный характер. К тому же, как показано ранее, при пленочном волновом течении соблюдается основной принцип самоорганизации (см. 1.1). [c.22]

Часто процессы С. противопоставляются процессу турбулизации неравновесной среды. В действительности между процессами pasBifTHH регулярных структур и развития турбулентности (простравственно-времен-нбгЬ беспорядка) имеется много общего. Прежде всего и для того и для др. процесса наиб, характерно вовлечение в нроцесс всё новых возбуждений неравновесной среды. Только в первом случае (самоорганизация) эти возбуждения синхронизованы друг с другом, а во втором — наоборот, взаимодействие этих элементарных возбуждений рождает случайность (см. Странный аттрактор). Естественно, что в широкой области параметров неравновесной среды наблюдаются промежуточные состояния, к-рые нельзя отнести ни к полной С., нн к развитой турбулентности. Такие состояния обычно называют пространственно-временным хаосом. [c.413]

Успешным применением такого подхода к самоорганизация является теория Тейлора, объясняющая эффект генерации магн. поля в плазме с МГД турбулентностью. В идеальной сверхпроводящей плазме, как известно, сохраняются энергия E = ISn) (BB)d r и спиральность К = В) d r магн. поля, где Л есть векторный потенциал, т. е. B=rot/f(. Величина К характеризует топологию магн. силовых линий и может изменяться только в процессе их пересоединения. Если кол-во таких пересоединений в единице объёма не слишком велико, т. е. магн. поле не очень запутано , то Е диссипирует значительно быстрее, чем [c.186]

С позиций синергетики достигнутые успехи в улучшении качества металла првг продувке жидкого металла газом связаны с обеспечением условий самоорганизации структурообразования в расплавах путем турбу-лизации среды. В этой связи рассмотрим исследования [339] структуры турбулентного газожидкостного плюмажа (зона барботирования) при вертикальной продувке расплава внизу, проведенные на модельной установке (рис. 135). Для инжектирования газовой и жидкой фаз в зоне барботирования был применен двухконтактный электрорезистивный датчик, подключенный к микрокомпьютеру. Были изучены локальное газонасы-щение, частота и скорость движения пузырей в газожидкостном плюмаже, характеризующемся высокой степенью турбулентности. Установлено, что распределение газонасыщения в радиальном направлении является подобным по всему объему плюмажа и обладает выраженной колоколообразной формой, центрированной по оси сопла, через которое продувается газ. Кривые зависимости профилей локального газонасыщения в разных поперечных сечениях плюмажа от радиальной координаты оказались близкими к кривой Гаусса. Аналитически они представлены в виде [c.219]

Турбулентные динамические макро-ДС обеспечивают эффективное пбрераспределение подводимой кинетической энергии между компонентами шихты и дробящими шарами благодаря самоорганизации резко неоднородной пространственной структуры поля диссипации энергии, обладающей фрактальностью. Это указывает на возможность эффективного управления фрактальной размерностью пространственной структуры при МЛ путем изменения как скорости вращения мешалки, так и соотношения между размерами частиц обрабатываемой шихты и диаметрами шаров. [c.325]

Динамическая природа турбулентности. Сделаем несколько общих замечаний о динамической природе турбулентности в нелинейной диссипативной газожидкой системе, которая может обмениваться с окружающими телами как энергией, так и веществом (в силу чего возможно образование различных пространственно-временных структур, последовательности которых и составляют процесс самоорганизации). При наличии турбулентности каждая индивидуальная частица такой среды движется случайно, так что ее координаты и направление движения изменяются со временем по закону марковского случайного процесса. Полное статистическое описание турбулентного течения сводится к определению вероятностной меры на его фазовом пространстве (г,/ ), состоящем из всевозможных индивидуальных реализаций характеризующих его случайных термогидродинамических полей. Поэтому турбулентность можно рассматривать на основе статистической механики многих частиц (см., напр., (Обухов, 1962)), или для ее описания использовать кинетическое уравнение, являющееся аналогом уравнения Больцмана в фазовом пространстве для некоторой условной функции плотности распределения вероятностей /турб Р О служащей основной статистической характеристикой пульсирующего движения (Клгшонтович, [c.20]

С другой стороны, при переходе к предельно-развитой сдвиговой турбулентности в открытой гидродинамической системе между отдельными областями устанавливаются новые макроскопические связи (обусловленные коллективным взаимодействием образующих ее подсистем), что повышает внутренюю упорядоченность системы по сравнению с произвольными малыми флуктуациями, происходящими на молекулярном уровне. При этом множество пространственно-временных масштабов, на которых разыгрывается турбулентность, соответствует когерентному поведению огромного числа частиц, с чем связано, в частности, появление на фоне мелкомасштабного турбулентного движения, упоминавшихся в начале этого параграфа, четко упорядоченных когерентных (диссипативных) структур, с определенной степенью организации и формированием областей повышенной концентрации завихренности в виде вихревых трубок и вихревых слоев. Отсюда можно сделать, на первый взгляд, парадоксальное заключение, что развитое турбулентное движение, несмотря на его очень большую сложность, отвечает состоянию большей упорядоченности, чем более симметричное ламинарное движение. Данный феномен, показывающий, сколь трудно при сложных движениях отличить порядок от хаоса Климонтович, 1982), составляет часть общей проблемы самоорганизации (синергетики). К этой пробле- [c.21]

Гипотеза о наличии двух механизмов ламинарно-турбулентного перехода в слое смешения струи разреженного газа высказывалась в [53] применительно к наблюдаемому режиму самоорганизации течения в сверхзвуковой струе с числом Re = 10 — 10 . В условиях, рассматриваемых в настоящей работе при Re = 10 , когда экспериментально установлен ламинарный харгжтер течения на срезе сопла, представляется возможным развитие в слое смешения возмущений как за счет неустойчивости Кельвина — Гельмгольца, так и за счет неустойчивости Тейлора—Гертлера с последующей турбулизацией течения. [c.176]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...