Turbulentne vedelikuvool. Turbulentne vedelikuvool

Turbulentse voolu struktuur. Turbulentse vedeliku liikumise eripäraks on osakeste kaootiline liikumine voolus. Kuid sellisel juhul võib sageli täheldada teatud regulaarsust

liikumine. Termohüdromeetri, seadme abil, mis võimaldab mõõtepunktis kiiruse muutust fikseerida, saab võtta kiiruskõvera. Kui valida piisava kestusega ajavahemik, siis selgub, et kiiruse kõikumisi täheldatakse teatud taseme ümber ja see tase jääb erinevate ajavahemike valimisel konstantseks. Kiiruse suurust antud punktis antud ajahetkel nimetatakse hetkekiiruseks. Hetkekiiruse muutuste graafik ajas u (t) on näidatud joonisel. Kui valite kiiruskõveral teatud ajaintervalli ja integreerite kiiruskõvera ning seejärel leiate keskmise väärtuse, nimetatakse seda väärtust keskmiseks kiiruseks

Hetke ja keskmise kiiruse vahet nimetatakse pulsatsioonikiiruseks. ja".

Kui keskmiste kiiruste väärtused erinevatel ajavahemikel jäävad konstantseks, on selline vedeliku turbulentne liikumine ühtlane.

Ebakindla turbulentse liikumisega vedelike puhul muutuvad keskmiste kiiruste väärtused ajas

Vedeliku pulsatsioon põhjustab vedeliku segunemist voolus. Segamise intensiivsus sõltub teatavasti Reynoldsi arvust, st. säilitades samal ajal muud vedeliku liikumise kiiruse tingimused. Nii et konkreetses lõimes

vedelik (vedeliku viskoossus ja sektsiooni mõõtmed on määratud esmaste tingimustega) oleneb selle liikumise iseloom kiirusest. Turbulentse voolu jaoks on see kriitiline. Seega on vedeliku perifeersetes kihtides kiirused alati minimaalsed ja liikumisviis neis kihtides on loomulikult laminaarne. Kiiruse suurendamine kriitilise väärtuseni toob kaasa vedeliku voolurežiimi muutumise laminaarselt režiimilt turbulentsele. Need. reaalses voolus on olemas nii laminaarne kui ka turbulentne režiim.

Seega koosneb vedeliku vool laminaarsest tsoonist (kanali seinal) ja turbulentse voolu südamikust (keskel) ning kuna turbulentse voolu kiirus keskmesse

vool kasvab kiiresti, perifeerse laminaarse kihi paksus on enamasti ebaoluline ja loomulikult nimetatakse kihti ennast laminaarseks kileks, mille paksus sõltub vedeliku liikumise kiirusest.

Hüdrauliliselt siledad ja karedad torud. Torude seinte seisund mõjutab oluliselt vedeliku käitumist turbulentses voolus. Nii ka laminaarse liikumisega vedelik liigub aeglaselt ja sujuvalt, voolates rahulikult ümber väiksemate takistuste oma teel. Sel juhul tekkiv lokaalne takistus on nii tühine, et selle suurust võib tähelepanuta jätta. Turbulentses voolus on sellised väikesed takistused aga vedeliku keerisliikumise allikaks, mis viib nende väikeste kohalike hüdrauliliste takistuste suurenemiseni, mida me laminaarses voolus tähelepanuta jätsime. Ebakorrapärasused on sellised väikesed takistused toru seinal. Selliste ebakorrapärasuste absoluutväärtus sõltub torude töötlemise kvaliteedist. Hüdraulika puhul nimetatakse neid ebatasasusi kareduse harjadeks, need on tähistatud tähega.

Olenevalt laminaarkile paksuse ja kareduse väljaulatuvate osade suuruse vahekorrast muutub vedeliku liikumise iseloom voolus. Juhul, kui laminaarkile paksus on võrreldes kareduse väljaulatuvate osade suurusega suur ( karedus eendid on sukeldatud laminaarsesse kile ja voolu turbulentsesse südamikusse, on need kättesaamatud (nende olemasolu ei mõjuta voolu).Selliseid torusid nimetatakse hüdrauliliselt siledateks (joonisel skeem 1). Kui kareduse väljaulatuvate osade suurus ületab laminaarse kile paksuse, kaotab kile oma pidevuse ja kareduse väljaulatuvad osad muutuvad arvukate keeriste allikaks, mis mõjutab oluliselt vedeliku voolu tervikuna.Selliseid torusid nimetatakse hüdrauliliselt karedaks (või lihtsalt karedaks) (joonisel skeem 3) on ka toruseina kareduse vahepealne tüüp, kui kareduse väljaulatuvad osad muutuvad proportsionaalseks toru paksusega. laminaarkile (joonisel skeem 2).

empiirilise võrrandi alusel saab hinnata kahendfilmi

Nihkepinged turbulentses voolus. Turbulentses voolus peab nihkepingete suurus olema suurem kui laminaarses voolus, sest Vedeliku segunemisest põhjustatud täiendavad nihkepinged tuleks lisada nihkepingetele, mis määratakse siis, kui viskoosne vedelik liigub mööda toru.

Vaatame seda protsessi lähemalt. Turbulentses voolus koos vedelikuosakese liikumisega piki toru telge kiirusega ja sama vedelikuosake transporditakse samaaegselt risti ühest vedelikukihist teise pulsatsioonikiirusega võrdse kiirusega ja. Valime elementaarse saidi dS, paralleelselt toru teljega. Selle platvormi kaudu liigub vedelik pulsatsioonikiirusega ühest kihist teise, samal ajal kui vedeliku voolukiirus on:

Vedel mass dM r, saidil õigeaegselt liikunud dt teeb:

Pulsatsioonikiiruse horisontaalkomponendi tõttu nende see mass saab uues vedelikukihis hoogu juurde dM,

Kui vedeliku ülevool viidi läbi suurema kiirusega liikuvasse kihti, siis järelikult vastab impulsi juurdekasv jõu impulsile. dT, suunatud vedeliku liikumisele vastupidises suunas, st. kiirust nende:

Keskmiste kiiruste väärtuste jaoks:

Tuleb märkida, et kui vedelad osakesed liiguvad ühest kihist teise, ei omanda nad koheselt uue kihi kiirust, vaid alles mõne aja pärast; selle aja jooksul jõuavad osakesed teatud kaugusel /, mida nimetatakse segunemistee pikkuseks, uude kihti sügavamale minna.

Nüüd kaaluge mõnda punktis asuvat vedelat osakest A Laske sellel osakesel liikuda kõrvalasuvasse vedelikukihti ja süveneda sinna segunemistee pikkuseks, s.o. sattus punkti V. Siis on nende punktide vaheline kaugus võrdne /. Kui vedeliku kiirus punktis A saab olema võrdne ja, siis kiirus punktis

V on võrdne.

Oletame, et kiiruse pulsatsioonid on võrdelised vedeliku ruumala kiiruse kasvuga. Seejärel:

Saadud sõltuvust nimetatakse Prandtli valemiks ja see on turbulentse hõõrdumise teooria seadus, samuti laminaarse vedeliku liikumise viskoosse hõõrdumise seadus. Kirjutame viimase sõltuvuse ümber kujul:

Siin on koefitsient, mida nimetatakse turbulentse vahetuse koefitsiendiks

mängib dünaamilise viskoossusteguri rolli, mis rõhutab Newtoni ja Prandtli teooria aluste üldistust. Teoreetiliselt peaks kogu nihkepinge olema võrdne:

* "

kuid esimene liige võrdsuse paremal küljel on teisega võrreldes väike ja selle väärtuse võib tähelepanuta jätta

Kiiruse jaotus turbulentse voolu lõigul. Keskmiste kiiruste väärtuste vaatlused turbulentses vedelikuvoolus on näidanud, et turbulentse vedeliku keskmiste kiiruste diagramm lõigud on võrdsed keskmise kiirusega. Võrreldes turbulentse voolu (diagramm 1) ja laminaarse voolu kiiruste diagramme, võib järeldada, et kiiruse jaotus eluslõigus on praktiliselt ühtlane. Prandtli tööga tehti kindlaks, et nihkepingete muutumise seadus voolu ristlõikel on lähedane logaritmilisele seadusele. Mõnedel eeldustel: vool piki lõpmatut tasapinda ja tangentsiaalsete pingete võrdsus pinna kõigis punktides

Pärast integreerimist:

Viimane avaldis teisendatakse järgmiseks:

Prandtli teooriat arendades pakkusid Nikuradze ja Reichardt välja sarnase suhte ümmarguste torude puhul.

Hõõrdepea kadu turbulentses vedelikuvoolus. Uurides hüdrauliliselt siledate torude hõõrdepeakao koefitsiendi määramise küsimust, võib jõuda järeldusele, et see koefitsient sõltub täielikult Reynoldsi arvust. Hõõrdeteguri määramiseks on teada empiirilised valemid, kõige levinum on Blasiuse valem:

Paljude katsete andmetel kinnitatakse Blasiuse valem Reynoldsi arvu väärtuste piires kuni 1-10 5. Teine levinud empiiriline valem Darcy koefitsiendi määramiseks on P.K. Konakov:

Vormel P.K. Konakoval on laiem rakenduste valik kuni mitme miljonini ulatuva Reynoldsi numbrini. Valem G.K. Filonenko:

Vedeliku liikumise uurimine läbi töötlemata torude piirkonnas, kus rõhukadu määrab ainult toru seinte karedus ja see ei sõltu kiirusest

vedeliku liikumine, st. alates Reynoldsi numbrist viisid läbi Prandtl ja Nikuradze. Kunstliku karedusega mudelitega tehtud katsete tulemusel tuvastati selle vedelikuvoolu nn ruutpiirkonna Darcy koefitsiendi sõltuvus.

(ladina keelest turbulentus - tormiline, korratu), vedeliku või gaasi voolu vorm, kui nende elemendid liiguvad ebakindlalt mööda keerulisi trajektoore, mis põhjustab vedeliku või gaasi kihtide intensiivset segunemist (vt TURBULENTS). Kõige põhjalikumalt uuritud T. t. Torudes, kanalites, piirkihtides voolujoonelise vedela või gaasilise tahke aine läheduses. kehad, samuti nn. vaba T. t - joad, vedeliku või gaasi suhtes liikuva tahke aine jäljed. kehad ja segunemistsoonid erineva kiirusega voolude vahel, mida ei eralda K.-L. TV seinad. T. t. Igal loetletud juhul erineb vastavast laminaarsest voolust selle kompleksne int. struktuur (joon. 1) ja jaotus
Riis. 1. Turbulentne vool.

keskmine kiirus üle voolu ristlõike (joon. 2) ja integraalkarakteristikud - keskmise sõltuvus ristlõikest või max. kiirus, voolukiirus ja koefitsient. takistus Reynoldsi arvust Re, T. t keskmise kiiruse profiil torudes või kanalites erineb paraboolsest. vastava laminaarse voolu profiil kiirema kiiruse suurenemisega seintel ja väiksemaga
Riis. 2. Keskmise kiiruse profiil: a - laminaarse vooluga; b - turbulentse vooluga.

kõverus keskele. voolu osad. Välja arvatud õhuke kiht seina lähedal, kirjeldatakse kiirusprofiili logaritmiga. seadus (see tähendab, et kiirus sõltub lineaarselt seina kauguse logaritmist). takistus l = 8tw / rv2cp (kus tw on hõõrdepinge seinale, r on vedeliku tihedus, vav on ristlõike keskmistatud voolukiirus) on seotud Re-ga suhtega:

l1/2 = (1/c? 8) ln (l1/2Re) + B,

kus c. ja B on arvkonstandid. Erinevalt laminaarsetest piirkihtidest on turbulentsel piirkihil tavaliselt selge piir, mis kõikub aja jooksul juhuslikult (vahemikus 0,4 b - 1,2 d, kus d on kaugus seinast, mille keskmine kiirus on 0,99 v, av on kiirus väljaspool piirkiht). Keskmise kiiruse profiili turbulentse piirkihi seinalähedases osas kirjeldab logaritm. seaduses ja väljastpoolt. osa kiirusest suureneb kaugusega seinast kiiremini kui logaritm. seadus. Siin on l sõltuvus Re-st sarnane ülaltooduga.

Joad, jäljed ja segunemistsoonid on u. enesesarnasus: igas lõigus c = mis tahes nende T. t. konst mitte liiga väikestel vahemaadel x algusest. jaotises saate kasutusele võtta sellised pikkuse ja kiiruse skaalad L (x) ja v (x), mis on mõõtmeteta statistilised. har-ki hüdrodünaamiline. nende skaalade abil saadud väljad (eriti keskmise kiiruse profiilid) on kõikides lõikudes ühesugused.

Vaba T. t. puhul on lavastuse alal, mille hõivab keeris T. t., igal ajahetkel selge, kuid väga ebakorrapärase kujuga piirid, millest väljaspool on vool potentsiaalne. . Vahelduva turbulentsi tsoon osutub siin palju laiemaks kui piirkihtides.
Füüsiline entsüklopeediline sõnastik. - M .: Nõukogude entsüklopeedia..1983 .

TURBULENTNE VOOL
Vedeliku või gaasi voolu vorm, mille läbilõike on tingitud paljudest. keeris dets. vedelikuosakeste suurus on kaootiline. ebakindlad liikumised mööda keerulisi trajektoore (vt. Turbulents), erinevalt siledate kvaasiparalleelsete osakeste trajektooridega laminaarsetest vooludest. T. t. Täheldatakse, kui need on määratletud. tingimustes (piisavalt suurte Reynoldsi numbrid) torudes, kanalites, piirkihtides vedeliku või gaasi suhtes liikuvate tahkete kehade pindade läheduses, selliste kehade taga olevatel radadel, jugadel, erineva kiirusega voolude segunemistsoonides, samuti erinevates looduslikes tingimustes.

T. t. Erineb laminaarsest mitte ainult osakeste liikumise olemuse, vaid ka keskmise kiiruse jaotumise poolest voolulõigul, keskmise või max sõltuvuse poolest. kiirus, voolukiirus ja koefitsient. Reynoldsi numbri takistus Re, palju suurem soojus- ja massiülekande intensiivsus.

T. t keskmise kiiruse profiil torudes ja kanalites erineb paraboolsest. teljel väiksema kumerusega ja seintel kiirema kiiruse kasvuga laminaarsete voolude profiil, kus, välja arvatud õhuke viskoosne alamkiht (paksusega suurusjärgus kus v- viskoossus, - "hõõrdekiirus", t-turbulentne hõõrdepinge, r-tihedus) kiirusprofiili kirjeldab universaalne Re logaritm. seaduse järgi:

kus y 0 on võrdne sileda seina korral ja võrdeline mugulade kõrgusega kareda seina korral.

Turbulentsel piirkihil, erinevalt laminaarsest, on tavaliselt selge piir, mis kõigub ajas ebakorrapäraselt piirides, kus d on kaugus seinast, mille juures kiirus jõuab 99%-ni väljaspool piirkihti; selles piirkonnas suureneb kiirus seinast kaugenedes kiiremini kui logaritmis. seadus.

Joad, jäljed ja segunemistsoonid on u. enesesarnasus: distantsiga x algusest peale. sektsiooni pikkuse skaala L kasvab nagu x t, ja kiiruse skaala U väheneb kui x -n, kus puistelennukite jaoks t = n = 1, korteri jaoks T=1, n= 1/2, mahujälje jaoks T= 1/3, n= 2/3, tasase raja jaoks m = n = 1/2, segamistsooni jaoks m = 1, n = 0. Turbulentse piirkonna piir on siin samuti eristatav, kuid ebakorrapärase kujuga ja kõigub laiemalt kui piirkihtidel, tasasel kiiluveel - vahemikus (0,4-3,2) L.

Valgus .: Landau L.D., Lifshits E.M., Mehaanika pideva meedia, 2. väljaanne, Moskva, 1954; Loytsyansky L.G., Vedeliku ja gaasi mehaanika, 6. väljaanne, M., 1987; Townsend A.A., Põiknihkega turbulentse voolu struktuur, trans. inglise keelest, M., 1959; Abramovitš GN, Turbulentsete reaktiivlennukite teooria, M., 1960; Monin A.S., Yaglom A.M., Statistical Hydromechanics, 2. väljaanne, P. . 1, SPb., 1992. A.S. Monin.

Füüsiline entsüklopeedia. 5 köites. - M .: Nõukogude entsüklopeedia.Peatoimetaja A.M. Prokhorov.1988 .

Turbulentset voolu iseloomustab vedeliku segunemine, kiiruste ja rõhkude kõikumine.

Riis. 8.1. Kiiruse pulsatsioon turbulentses voolus

Kiirus kõigub juhuslikult mingi keskmise ümber v osr ajaväärtus, mis antud juhul jääb konstantseks. Turbulentne vool on alati ebastabiilne, kuna nii kiiruste ja rõhkude väärtused kui ka osakeste trajektoor muutuvad ajas.

Kiiruste jaotus turbulentses voolus on ühtlasem ja kiiruse suurenemine seina lähedal on järsem kui laminaarses voolus.

Riis. 8.2. Kiirusprofiilid laminaaris

ja turbulentsed voolud

Kuna turbulentses voolus voolu kihistumine puudub ja toimub vedeliku segunemine, siis Newtoni hõõrdeseadus väljendab sel juhul vaid väikest osa kogu nihkepingest.

Vedeliku segunemise ja impulsi pideva ülekandumise tõttu põikisuunas nihkepinge τ 0 toru seinal turbulentses voolus on palju suurem kui laminaarses. Sellega seoses erinevad ka energiakaod turbulentsel vedelikuvoolul torudes laminaarse voolu omadest.

Riis. 8.3. Sõltuvus v ja K

Turbulentse voolu keerukuse ja selle analüütilise uurimise raskuste tõttu pole selle jaoks endiselt piisavalt ranget ja täpset teooriat.

Turbulentset liikumist kirjeldatakse praktilistes arvutustes mitte hetkeliste, vaid ajakeskmiste kiirustega

kus T on keskmistamise intervall.

Erinevust nimetatakse pulsatsioonikiiruseks.

Kiiruse pulsatsioonikomponentide (lisaainete) hindamiseks võetakse kasutusele standard, mis võrdub pulsatsioonilisandite ruutkeskmise hälbega.

Turbulentsi aste (intensiivsus) on kiiruse pulsatsioonikomponendi (liitumise) ruutkeskmise hälbe ja iseloomuliku voolukiiruse (keskmistatud kohaliku kiiruse suhtes antud punktis, vertikaalse keskmise, eluruumi keskmine, maksimaalse kiiruseni). Tavaliselt võetakse iseloomulikuks kiiruseks keskmine voolukiirus, keskmine kohalik kiirus antud punktis või dünaamiline kiirus

kus R on hüdrauliline raadius;

J - hüdrauliline kalle.

Uuringud näitavad, et turbulentsel liikumisel pulseerivate kiiruste kirjeldamiseks saadakse kõige üldisemad tulemused, kui võtta kiirusskaalaks dünaamiline kiirus, s.o.

Vaatleme näiteks vedeliku voolu ringikujulise ristlõikega sirgjoonelises silindrilises torus (teljesümmeetriline vool). Toru voolu struktuur turbulentses liikumisrežiimis on tavaliselt kujutatud ligikaudse kahekihilise skeemi (mudelina). Tahkel seinal on kiirused, sealhulgas pulseerivad, võrdsed nulliga. Tahkeseina lähedal on väga õhuke kiht, milles on ülekaalus Newtoni viskoosse hõõrdeseaduse järgi arvutatud nihkepinged. Seetõttu nimetatakse vaadeldavat kihti viskoosse voolu allkihiks.

Viskoosse alamkihi sees suureneb kiirus lineaarselt nullist seina juures teatud väärtuseni kihi piiril. Varem arvati, et selle õhukese kihi sees on liikumine täiesti laminaarne, selles ei esine kiiruse, rõhu, nihkepinge pulsatsioone ja seetõttu nimetati seda laminaarseks alamkihiks (kileks).

Ülejäänud osa toru ristlõikest loetakse hõivatuks voolu turbulentse südamikuga, kus toimuvad intensiivsed kiiruspulsatsioonid ja vedelikuosakeste segunemine.

Liikumisvõrrandeid, mis on väljendatud keskmiste kiiruste kaudu kokkusurumatu vedeliku turbulentse ebastabiilse liikumise korral, nimetatakse Reynoldsi võrranditeks ja need on kujul

Projitseeritud x-teljele:

Reynoldsi võrrandis sisalduvaid koguseid nimetatakse turbulentseteks pingeteks. Seos nende ja deformatsioonikiiruste vahel tehakse kindlaks hüpoteeside alusel, mis on aluseks poolempiirilistele turbulentsiteooriatele (M. Boussinesqi hüpotees, L. Prandtli hüpotees, J. Taylori hüpotees, T. Karmani hüpotees jne). Enamasti kasutavad nad praktilisteks arvutusteks, mis on seotud vedelike turbulentse vooluga torudes, hüdrodünaamilise sarnasuse teooria alusel süstematiseeritud eksperimentaalseid andmeid.

Peamine arvutusvalem ümmarguste torude turbulentse voolu korral on empiiriline valem, mida nimetatakse Darcy-Weisbachi valemiks ja millel on järgmine vorm:

See põhivalem kehtib nii turbulentse kui ka laminaarse voolu korral; erinevus seisneb ainult koefitsiendi väärtustes .

Stokes Navier

Vortex street, kui voolab ümber silindri

Voolu vedelikud ja gaasid
Roomav vool
Laminaarvoolus
Potentsiaalne vool
Voolu eraldamine
Vortex
Ebastabiilsus
Turbulents
Konvektsioon
Lööklaine
Ülehelikiirus

Turbulents, on aegunud. turbulents(lat. turbulentus- tormine, korratu), turbulentne vool- nähtus seisneb selles, et vedeliku või gaasi voolu intensiivsuse suurenemisega keskkonnas moodustuvad spontaanselt arvukad mittelineaarsed fraktaallained ja erineva suurusega tavalised lineaarsed lained, ilma väliste juhuslike jõududeta. mis häirivad keskkonda ja/või nende juuresolekul. Selliste voogude arvutamiseks on loodud erinevad turbulentsimudelid.

Turbulentsi avastas eksperimentaalselt inglise insener Reynolds 1883. aastal, uurides kokkusurumatu vee voolu torudes.

Tsiviillennunduses nimetatakse kõrge turbulentsiga tsooni sisenemist õhutaskuks.

Hetkelsed vooluparameetrid (kiirus, temperatuur, rõhk, lisandite kontsentratsioon) kõiguvad samal ajal juhuslikult keskmiste väärtuste ümber. Amplituudi ruudu sõltuvus võnkesagedusest (või Fourier' spektrist) on pidev funktsioon.

Turbulentsi tekkeks on vaja pidevat keskkonda, mis järgib Boltzmanni või Navier-Stokesi või piirkihi kineetiline võrrand. Navier-Stokesi võrrand (see sisaldab ka massisäilivusvõrrandit või jätkuvuse võrrandit) kirjeldab turbulentsete voolude kogumit praktikaks piisava täpsusega.

Turbulents tekib tavaliselt siis, kui teatud kriitilised Reynoldsi ja/või Rayleighi numbrid on ületatud (eriti juhul, kui voolukiirus konstantse tiheduse ja toru läbimõõdu ja/või temperatuuri juures keskkonna välispiiril).

Konkreetsel juhul täheldatakse seda paljudes vedelike ja gaaside voogudes, mitmefaasilistes vooludes, vedelkristallides, kvant-Bose ja Fermi vedelikes, magnetvedelikes, plasmas ja mis tahes pidevas keskkonnas (näiteks liivas, mullas, metallides). Turbulentsi täheldatakse ka tähtede plahvatuste ajal, ülivedelas heeliumis, neutrontähtedes, inimese kopsudes, vere liikumisel südames, turbulentsel (nn vibratsioonilisel) põlemisel.

See tekib spontaanselt, kui keskkonna külgnevad alad järgivad või läbistavad üksteist, rõhulanguse või gravitatsiooni mõjul või kui keskkonna alad voolavad ümber läbitungimatute pindade.

See võib ilmneda juhusliku mõjuva jõu korral. Tavaliselt toimivad väline juhuslik jõud ja gravitatsioon samaaegselt. Näiteks maavärina või tuuleiili ajal langeb mäelt laviin, mille sees on lumevoog tormiline.

Turbulentsi saab tekitada näiteks:

suurendades Reynoldsi arvu (suurendage voolu pöörlemise lineaar- või nurkkiirust, voolujoonelise keha suurust, vähendage molekulaarse viskoossuse esimest või teist koefitsienti, suurendage söötme tihedust) ja/või Rayleigh' arvu ( soojendage keskkonda) ja/või suurendage Prandtli arvu (vähendage viskoossust).

ja/või määrake väga keerukat tüüpi välisjõud (näited: kaootiline jõud, löök). Voolul ei pruugi olla fraktaalomadusi.

ja/või luua keerulisi piir- ja/või lähtetingimusi, määrates piiride kuju funktsiooni. Näiteks saab neid esitada juhusliku funktsioonina. Näiteks: vool anuma plahvatuse ajal gaasiga. Näiteks on võimalik korraldada gaasi sissepritse keskkonda, luua kare pind. Kasutage kõrget otsikut. Pange võrk üle. Sel juhul ei pruugi voolul fraktaalomadusi olla.

ja/või luua kvantseisund. See tingimus kehtib ainult heeliumi 3 ja 4 isotoobi kohta. Kõik muud ained külmuvad, jäädes normaalsesse, mittekvantlikku olekusse.

kiiritada keskkonda kõrge intensiivsusega heliga.

keemiliste reaktsioonide, näiteks põlemise kaudu. Leegi kuju, nagu ka joa välimus, võib olla kaootiline.

teooria

Kõrgete Reynoldsi arvude korral sõltuvad voolukiirused nõrgalt väikestest muutustest piiril. Seetõttu tekib laeva erinevatel algkiirustel laeva liikumisel reisikiirusel liikudes selle nina ette sama laine. Raketi nina põleb ja loob kõrgusest sama pildi, vaatamata erinevale algkiirusele.

Fraktal- tähendab enesesarnast. Näiteks teie käel on sama fraktaalmõõde kui teie esivanematel ja järglastel. Sirge joone fraktaalmõõde on võrdne ühega. Tasapind on võrdne kahega. Pallil on kolm. Jõesängi fraktaalmõõde on üle 1, kuid satelliidi kõrguselt vaadatuna väiksem kui kaks. Taimedel kasvab fraktaalmõõde nullist rohkem kui kaheni. Geomeetriliste kujundite jaoks on mõõtühik, mida nimetatakse fraktaalmõõtmeks. Meie maailma ei saa kujutada joonte, kolmnurkade, ruutude, sfääride ja muude lihtsate kujunditena. Ja fraktaalmõõde võimaldab teil kiiresti iseloomustada keerukate kujundite geomeetrilisi kehasid. Näiteks kesta fragment.

Mittelineaarne laine- laine, millel on mittelineaarsed omadused. Nende amplituudi ei saa kokkupõrke korral liita. Nende omadused muutuvad suuresti parameetrite väikeste muutustega. Mittelineaarseid laineid nimetatakse dissipatiivseteks struktuurideks. Neil puuduvad lineaarsed difraktsiooni-, interferentsi-, polarisatsiooniprotsessid. Kuid on ka mittelineaarseid protsesse, näiteks enesefookustamine. Sel juhul suureneb järsult, suurusjärkude kaupa keskkonna difusioonikoefitsient, energia ja impulsi ülekanne ning pinnale mõjuv hõõrdejõud.

See tähendab konkreetsel juhul absoluutselt siledate seintega torus, mille kiirus ületab teatud kriitilist, mis tahes pideva keskkonna voolus, mille temperatuur on konstantne, ainult gravitatsiooni mõjul, mittelineaarne isesarnasus lained tekivad alati spontaanselt ja seejärel turbulents. Samas puuduvad välised häirivad jõud. Kui tekitate toru sisepinnale lisaks häiriva juhusliku jõu või süvendid, siis tekib ka turbulents.

Konkreetsel juhul mittelineaarsed lained - keerised, tornaadod, solitonid ja muud mittelineaarsed nähtused (näiteks lained plasmas - tavaline ja keravälk), mis esinevad samaaegselt lineaarsete protsessidega (näiteks akustilised lained).

Matemaatilises keeles tähendab turbulents osadiferentsiaalvõrrandite täpset analüütilist lahendust impulsi säilitamiseks ja Navier-Stokesi massi säilimiseks (see on Newtoni seadus, millele on lisatud viskoossusjõud ja survejõud keskkonnas ning pidevuse või säilivuse võrrand massist) ja energiavõrrand on siis, kui mõni kriitiline Reynoldsi arv, kummaline atraktor. Need esindavad mittelineaarseid laineid ja neil on fraktaalsarnased omadused. Kuid kuna lained hõivavad piiratud mahu, on osa voolupiirkonnast laminaarne.

Väga väikese Reynolsi arvuga on need hästi tuntud väikese amplituudiga lineaarsed lained vees. Suurel kiirusel jälgime mittelineaarseid tsunamilaineid või murdlaineid. Näiteks suured lained tammi taga lagunevad väiksemateks laineteks.

Mittelineaarsete lainete tõttu võivad keskkonna mis tahes parameetrid (kiirus, temperatuur, rõhk, tihedus) kogeda kaootilisi võnkumisi, muutuda punktist punkti ja ajas mitteperioodiliselt. Nad on väga tundlikud vähimagi keskkonnaparameetrite muutuse suhtes. Turbulentses voolus jaotuvad keskkonna hetkeparameetrid juhusliku seaduse järgi. See eristab turbulentseid voolusid laminaarsetest vooludest. Kuid keskmisi parameetreid kontrollides saame kontrollida turbulentsi. Näiteks toru läbimõõtu muutes juhime Reynoldsi arvu, kütusekulu ja raketipaagi täitumiskiirust.

Kirjandus

Reynods O., Eksperimentaalne uurimine asjaolude kohta, mis määravad, kas vee liikumine peab olema otsene või looklev, ja takistuse seadus paralleelsetes kanalites. Phil. Trans. Roy. Soc., London, 1883, v. 174
Feigenbaum M., Journal Stat Physics, 1978, v. 19, lk 25
Feigenbaum M., Journal Stat Physics, 1979, v. 21, lk 669
Feigenbaum M., Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1983, v. 141, lk. 343 [tõlkinud Los Alamos Science, 1980, v.1, lk.4]

Landau L.D., Lifshits E.M. Gidromehanika, - Moskva: Nauka, 1986 .-- 736 lk.
A.S. Monin, A.M. Yaglom, Statistiline vedelikumehaanika. 2 tunni pärast - Peterburi: Gidrometeoizdat, 1. ptk, 1992. - 695 lk; Moskva, Nauka 2. ptk, 1967. - 720 lk.
Obukhov A.M. Atmosfääri turbulents ja dünaamika"Gidrometeoizdat" 414 lk 1988 ISBN 5-286-00059-2
Turbulentsi probleemid. Tõlkeartiklite kogumik, toim. M. A. Velikanov ja N. T. Šveikovski. M.-L., ONTI, 1936 .-- 332 lk.
D. I. Greenvald, V. I. Nikora, "Jõe turbulents", L., Gidrometeoizdat, 1988, 152 lk.
P. G. Frick. Turbulents: mudelid ja lähenemisviisid. Loengukursus. I osa. PSTU, Perm, 1998. - 108 lk. II osa. - 136 lk.
P. Berger, I. Pomeau, C. Vidal, Kord kaoses, Turbulentsi deterministlikust lähenemisest, M, Mir, 1991, 368 lk.
K.E. Gustafson, Sissejuhatus osadiferentsiaalvõrranditesse ja Hilberti ruumimeetoditesse – 3. väljaanne, 1999

- (ladina keelest turbulentus turbulent disorderly), vedeliku või gaasi vool, milles vedelikuosakesed teevad keerulisi trajektoore mööda korratuid, kaootilisi liikumisi ning keskkonna kiirus, temperatuur, rõhk ja tihedus on kaootiline ... ... Suur entsüklopeediline sõnaraamat

Kaasaegne entsüklopeedia

TURBULENTNE VOOL, füüsikas vedeliku liikumine, mille käigus toimub selle osakeste juhuslik liikumine. Tüüpiline suure REYNOLDI NUMBRiga vedeliku või gaasi jaoks. vaata ka LAMINAR FLOW ... Teaduslik ja tehniline entsüklopeediline sõnastik

turbulentne vool- Voolu, milles gaasiosakesed liiguvad keerulisel viisil ja transpordiprotsessid toimuvad makroskoopilisel, mitte molekulaarsel tasemel. [GOST 23281 78] Lennukite aerodünaamika teemad Üldistatavad terminid, voolude liigid ... ... Tehniline tõlkija juhend

Turbulentne vool- (ladina sõnast turbulentus turbulent, korratu), vedeliku või gaasi vool, milles vedelikuosakesed teevad keerulisi trajektoore mööda korratuid, kaootilisi liikumisi, ning keskkonna kogemuse kiirus, temperatuur, rõhk ja tihedus ... .. . Illustreeritud entsüklopeediline sõnaraamat

- (ladina keelest turbulentus turbulent, disorderly * a. turbulent flow; n. Wirbelstromung; f. ecoulement turbulent, ecoulement tourbillonnaire; ja. flujo turbulento, corriente turbulenta) vedeliku või gaasi liikumine, milles ja ... ... Geoloogiline entsüklopeedia

turbulentne vool- Vee või õhu voolu vorm, kus nende osakesed liiguvad juhuslikult mööda keerulisi trajektoore, mis põhjustab intensiivset segunemist. Sün.: turbulents ... Geograafia sõnaraamat

TURBULENTNE VOOL- vedeliku (või gaasi) voolu tüüp, milles nende väikesed mahulised elemendid sooritavad ebastabiilseid liikumisi mööda keerulisi juhuslikke trajektoore, mis põhjustab vedeliku (või gaasi) kihtide intensiivset segunemist. T. t. Tekib ... ... Suur polütehniline entsüklopeedia

Turbulentne vool

vedeliku või gaasi vool, mida iseloomustab selle mahtude juhuslik, ebaregulaarne liikumine ja intensiivne segunemine ( cm. Turbulents), kuid üldiselt sujuv, korrapärane. T.t. teket seostatakse laminaarse voolu ebastabiilsusega suurte Reynoldsi numbrite korral ( cm. Laminaarse voolu üleminek turbulentsele). Turbulentsi uurimisel eristatakse seinalähedasi voolusid (turbulentne piirkiht, voolud torudes ja kanalites) ja vabavoolusid (turbulentsed joad, aerodünaamilised ärkamised ja segunevad kihid).
T. t. on loodusnähtustes ja tehnilistes seadmetes laialt levinud ning neid iseloomustavad laminaarsete vooludega võrreldes tohutud ülekandeteguri väärtused ( cm. kandja transporditavad omadused), mis põhjustab palju (ó) suuremaid hõõrdejõude ( cm. Turbulentne hõõrdumine), soojus- ja massivood. Paljudes tehnilistes rakendustes on see kahjulik ja sunnib otsima võimalusi nende vähendamiseks ( cm. nt piirkihi lamineerimine); mõnel juhul vastupidi - just T. t. realiseerimine viib keha aerodünaamilise takistuse vähenemiseni ( cm. Vastupanukriis). Teisest küljest kasutavad paljud tehnilised seadmed (lennukite mootorid, ejektorid jne) põletustehnoloogiates intensiivset segamisprotsessi ja keemiliste reaktsioonide (näiteks põlemise) kiiremat leviku kiirust. ...
O. Reynoldsi järgi jagunevad gaasidünaamiliste muutujate hetkväärtused T.t-s 2 terminiks - keskväärtus ja selle pulsatsioon (näiteks kiirusvektori komponendid ui ja on esitatud kujul
ui = + u (′) i ja rõhk
p = + p ",
kus on märk<...>tähistab aja jooksul keskmistatud väärtust, löök on selle pulsatsioon). Antud juhul on T. t
E = 3/2 või sellega seotud turbulentsi intensiivsus
(ε) = ½/ , turbulentsi L integraalne skaala, mis iseloomustab põhiosa energiast E sisaldavate keeriste suurust või üldiselt kõiki võimalikke pulseerivate suuruste momente, mis on nende produktide keskmistatud väärtused -

, ,
ja nii edasi - ja seotud kõigi võimalike punktidega ruumis ja ajahetkedes või tõenäosustiheduse funktsioonidega - P (u1), P (u1, u2) jne. Pulsatsioonide parameetrid võivad varieeruda suurtes piirides. Näiteks tuuletunnelite tööosades olenevalt nende tüübist (ε) = 0,01-2%; pikkade torujuhtmete teljel (ε) = 4-5%, L = (0,03-0,04) d (d - toru läbimõõt); vee raamdirektiivi radadel võivad b väärtused ulatuda 10-20% ja L - (0,1-0,3) d.
Aastal 1894 sai ta keskmise kiiruse võrrandid (Reynoldsi võrrandid)

(i, (α) = 1, 2, 3) ja turbulentsienergia võrrand. Siin (ρ) on tihedus; (ν) - kinemaatiline viskoossus; x (α) - koordinaadid ((α) liitmise all mõeldakse); t on aeg. Need võrrandid erinevad Navier-Stokes'i võrranditest pulseerivast liikumisest põhjustatud täiendavate turbulentsete pingete (Reynoldsi pingete) τi j = - ρ olemasolu poolest. Erinevalt molekulaarpingetest, mis on määratud keskmistatud voolu kohalike omadustega, on Reynoldsi pinged seotud suuremahulise turbulentsiga ja seetõttu sõltuvad voolu igas punktis keskmise kiiruse jaotusest ja pulseeriva voolu omadustest. liikumine selle piisavalt suures läheduses.
Reynoldsi pingete kujutamiseks kasutatakse sageli prantsuse teadlase J. Boussinesqi poolt aastal 1897 kasutusele võetud turbulentse viskoossuse mõistet Kinemaatiline turbulentne viskoossus (ν) m, erinevalt kinemaatilisest molekulaarviskoossusest (ν), ei ole keskkonna füüsikaline omadus kuid selle määravad voolu statistilised omadused; see väärtus on muutuv ja mõnes voolu piirkonnas võib olla isegi negatiivne väärtus. Seetõttu on keskmistatud liikumise pilt, takistuse, soojusülekande jne seadused voolutee jaoks, näiteks mõnel teel, kvalitatiivselt erinevad samal teel kulgevatest laminaarsetest vooludest.
Vabade turbulentside korral täheldatakse juga isesarnaste liikumiste korral turbulentsi keskmise kiiruse ja statistiliste parameetrite jaotusi voolu ulatuses, mis praktiliselt ei sõltu (ν). T. t Seina lähedal, paralleelselt voolusuunaga, on olemas ka universaalsed parameetrite jaotused, mis on määratud seina hõõrdepinge ja väärtusega (ν) ("seina universaalne seadus", L Prandtl, 1932). Sel juhul on vahetult seina lähedal, kus molekulaarsed pinged on palju suuremad kui Reynoldsi pinged, voolukiiruse lineaarne sõltuvus kaugusest seinast ning seinalähedases piirkonnas kanalites ja vabavooludes. , kus valitsevad turbulentsed pinged, täheldatakse logaritmilist sõltuvust (logaritmilist). Universaalse iseloomuga on ka maksimum- ja voolukiiruste jaotus kanalis voolusüdamikus (“kiirusdefekti seadus”, T. Karman, 1930). Sarnane jaotus on täheldatav piirkihi välisosas, kuid erinevalt kanalist, kus logaritmiline profiil eksisteerib peaaegu keskpunktini, on piirkihi välimises osas, peamiselt katkendlikkuse nähtuse tõttu. kõrvalekalle universaalsest seinaseadusest, mis on võrdeline kiirusjaotusega turbulentse jälje puhul – "jäljeseadus" (D. Coles, 1956).
T. t teoreetilise uurimise põhiraskus on seotud liikumisvõrrandisüsteemi avatusega (võrrandite arv on väiksem kui sõltumatute muutujate arv). Eelkõige on Reynoldsi võrrandites tundmatu turbulentsete pingete ja keskmise kiiruse välja vahel. See tõi kaasa suure hulga T. t . poolempiiriliste teooriate tekkimise; neis kasutatakse keskmistatud suuruste täpsete võrrandite sulgemiseks täiendavaid ligikaudseid seoseid, mis põhinevad eeldusel teatud tasakaalustruktuuride olemasolust T. kd.
Teooriad, mis kasutavad "segamisteede" mõistet – iseloomulikku vahemaad, mille juures vedelikumahud kaotavad oma individuaalsuse (Prandtl, 1925; Karman, 1930), eeldavad keskmise voolu ja suuremahulise turbulentsi vahelise tasakaalu olemasolu ning seetõttu on need rakendatavad. universaalse müüriseaduse valdkonnas, isesarnased voolurežiimid ja nii edasi Nn kaheparameetrilise turbulentsimudeli mitmesugused modifikatsioonid, mille pakkus esmakordselt välja Nõukogude teadlane AN Kolmogorov ja kasutades võrrandeid E ja L või nende kombinatsiooni kohta , millel on lai valik rakendusi
(ν) τ Turbulentne vool (EL) ½.
Teooriad, mis kasutavad võrrandeid otseselt turbulentsete pingete jaoks (näiteks I. Rotti teooria, 1951), kehtivad voolude puhul, mille pulsatsioonide väärtused ja keeriste suurused on suundades oluliselt erinevad (mitteisotroopsed) – kui turbulentne vool kehade ümber, voolab muutuva ristlõikega kanalites, elektri- ja magnetjõudude toimel jne.
Poolempiirilised teooriad võimaldavad arvuti kasutamisel arvutada paljusid praktiliselt olulisi teoreetilisi meetodeid, kuid selliste teooriate ebapiisav universaalsus ja vajadus kasutada neis empiirilisi koefitsiente või isegi funktsioone tingib vajaduse kombineerida eksperimentaalseid ja teoreetilisi meetodeid. rakendusprobleemide lahendamisel.

Lennundus: entsüklopeedia. - M .: Suur vene entsüklopeedia. Peatoimetaja G.P. Svištšov. 1994 .

Vaadake, mis on "Turbulent flow" teistes sõnaraamatutes:

- (ladina keelest turbulentus, vägivaldne, korratu), vedeliku või gaasi voolu vorm, kui nende elementide sülem sooritab keerulisi trajektoore mööda ebakindlaid liikumisi, mis põhjustab vedeliku või gaasi kihtide intensiivset segunemist (vt ... . .. Füüsiline entsüklopeedia

- (ladina sõnast turbulentus turbulent, korratu), vedeliku või gaasi vool, milles vedelikuosakesed teevad keerulisi trajektoore mööda korratuid, kaootilisi liikumisi, ning keskkonna kogemuse kiirus, temperatuur, rõhk ja tihedus ... .. . Kaasaegne entsüklopeedia- (ladina sõnast turbulentus turbulent, korratu), vedeliku või gaasi vool, milles vedelikuosakesed teevad keerulisi trajektoore mööda korratuid, kaootilisi liikumisi, ning keskkonna kogemuse kiirus, temperatuur, rõhk ja tihedus ... .. . Illustreeritud entsüklopeediline sõnaraamat

Kontiinummehaanika Pidev meedium Klassikaline mehaanika Massi jäävuse seadus · Impulsi jäävuse seadus ... Wikipedia