Физические основы

· Существует два противоположных подхода к рассмотрению турбулентности как физического явления.

· Первый рассматривает турбулентность как хаотическое движение " молей" рабочего тела, формирующих пульсации. При этом задача рассматривается статистически

· Калугин, 75
Турбулентность – это неупорядоченное движение в жидкостях (или газах), в котором параметры потока изменяются во времени и пространстве.

· Второй подход – волновой, основывается на гипотезе академика Ландау. Турбулентность в нем рассматривается как постадийное усложнение течения в зависимости от возрастания величины определяющих критериев. Другими словами, под турбулентностью понимается цепочка последовательно усложняющихся конфигураций, связанных между собой условиями устойчивости. Турбулентность проявляется как самоорганизация течения

· Одним из базовых элементов теории турбулентности являются представление о передачи энергии между вихревыми структурами. Принято выделять два каскада: прямой, в котором происходит передача энергии от крупных вихрей к мелким с последующей ее диссипацией в тепловую энергию; и обратный, в котором энергия передается от мелких вихрей к крупным. Наиболее ярким примером действия обратного каскада является образование смерчей и водоворотов.

· Уравнения Навье-Стокса описывают в том числе турбулентные течения, однако их окончательный математический анализ до сих пор не выполнен, в частности, остается открытой задача о наличии особенностей в решении уравнения Навье-Стокса

· Яркие примеры вихревых комбинаций:

· Дорожка Кармана:

· Вихри Тейлора:

· Конвекция Рэлея-Бенара:

· Можно назвать, по крайней мере, три причины возникновения турбулентности: положительный градиент давления (наличие преграды в потоке), вязкое трение и переменное электромагнитное поле. Соответственно первая из них относится преимущественно к газам, вторая – к несжимаемым жидкостям, а третья – к плазме. На самом деле понятие турбулентности в фундаментальной физике имеет еще более общий характер и сходные явления имеют место и в твердых телах

· В обычных течениях турбулентность сводится в первую очередь к пульсациям потока

· При этом низкоуровневая структура потока оказывает влияние на макроструктуру течения

· В частности перемещение турбулентных молей создает дополнительные поток количества движения в направлении перпендикуляром линиям тока, который на порядки превосходит молекулярную вязкость. По аналогии это явление называют турбулентной вязкостью

· В настоящее время можно выделить три подхода к моделированию турбулентности: прямое численное моделирование (DNS), модель крупных вихрей (LES) и решение осредненных уравнений Рейнольдса (RANS)

· Ferziger, 277

· Оран, 496-498, 503-505 – много всего