Тип процессов, реализуемых в сплошных средах, кинематические и динамические характеристики которых не могут быть определены точно по заданным начальным условиям на больших интервалах времени.
Другой возможный тип движений в жидкостях и газах, который характеризуют как плавный и спокойный, называют ламинарным. Для таких движений скорости частиц среды однозначно определяются как функции времени и координат.
Общее описание
Исследования широкого спектра явлений, при характеристике которых используется понятие турбулентность, началось с экспериментов с потоками воды в трубах в последней четверти XIX века. С тех пор сохраняется постоянный интерес к изучению особенностей турбулентности в жидкостях и газах. Причиной такого постоянства является не только заинтересованность в решении прикладных инженерных проблем. Дальнейшее развитие науки показало огромное значение знаний закономерностей турбулентности для решения фундаментальных проблем современной науки, связанных с исследованиями закономерностей нестационарных нелинейных процессов.
Фундаментальное значение проблемы турбулентности отмечено включением проблемы существования решений уравнения Навье-Стокса, которым описываются турбулентные потоки жидкости, в перечень Проблем тысячелетия. (Это семь математических проблем, определенных Математическим институтом Клэя в 2000 году, которые охарактеризованы как «важные классические задачи, решение которых не найдено на протяжении многих лет». За решение каждой из этих проблем институтом Клэя предложен приз в размере 1000000 долларов США.)
Широкое использование термина «турбулентность» усложняет задачу определения его содержания. Относительно турбулентности в жидкостях и газах можно переформулировать определение:
Движение жидкости определяется как турбулентное, если кинематические и динамические характеристики движения проявляют хаотическую сменяемость во времени и пространстве, но при этом могут быть установлены статистически точные их усредненные значения.
Без выполнения этого последнего требования о малых изменениях в значениях усредненных характеристик при малых возмущениях в начальных условиях математическое описание турбулентных движений было бы невозможно.
Характерные черты турбулентных потоков
Наблюдение за турбулентными потоками, которые часто встречаются в природе и в различных ситуациях, связанных с производственной деятельностью человека, дают возможность установить определенные характерные особенности турбулентности:
-
Наблюдение за естественными турбулентными течениями дают основание сделать вывод, что для турбулентных течений характерно наличие вихрей. И хотя не каждое вихревое течение является турбулентным, это наблюдение указывает на важную особенность турбулентности.
-
Другой важной чертой турбулентного течения является его нерегулярность - происходящие в нем случайные изменения в траектории частиц жидкости или газа.
-
Наблюдение за потоком от места где зарождается турбулентное возмущения указывает на то, что интенсивность нерегулярной составляющей в течении спадает. Это свойство турбулентного течения определяется как диссипативность. Важным является то, что в турбулентном потоке, например с препятствием в реке, прежде всего исчезают вихри меньших размеров.
-
Турбулентность, возникшая в определенной части спокойного потока (камень в русле реки) четко проявляет тенденцию к распространению на спокойные участка течения. Эту особенность турбулентности характеризуют как турбулентную диффузию, по аналогии с молекулярной диффузией.
Такой особый характер поведения характеристик турбулентных течений обусловил развитие специального раздела гидромеханики – статистическая гидромеханика.
Научная статья по физике на заказ от проверенных экспертов по низкой цене!
Комментарии