Природа - турбулентность
Cтраница 2
Следует признать, что крупные нерешенные проблемы нелинейной механики ( например, вопрос о природе турбулентности) остаются еще за пределами их возможностей. [16]
В отличие от молекулярной теории газов, в теории турбулентности приходится говорить об условных группах частиц, охваченных одним, общим для них, движением, и об условных скоростях возмущений этих групп, возмущающих основной видимый поток. Теории турбулентности Прандтля и Тэйлора, исходящие из одних и тех же представлений Рейнольдса о природе турбулентности, расходятся в развитии этих представлений. Следуя идеям Максвелла, и Прандтль, и Тэйлор вводят в рассмотрение величину, аналогичную длине среднего свободного пробега молекулы, - длину пути перемешивания. В этой величине заложено различие в протекании и понимании явлений молекулярной вязкости в газах и турбулентности в жидкостях. Турбулентностью в атмосфере занимаются в метеорологии. [17]
Эмпирическое исследование изменения приблизительной длины L ( е), получаемой с помощью Метода А, описано в статье Ричардсона [494], ссылка на которую по счастливой ( или роковой) случайности попала мне на глаза. Как мы увидим в главе 10, человечество обязано ему некоторыми наиболее глубокими и долговечными идеями относительно природы турбулентности - особого внимания среди них заслуживает та, согласно которой турбулентность предполагает возникновение самоподобного каскада. [18]
Кавитацию изучают около 100 лет разные ученые, начиная с Фруда, давшего название явлению, и Рэлея, разработавшего первую теоретическую модель, однако и сегодня нет единой точки зрения по многим вопросам. Недаром один из основоположников гидроаэродинамики Теодор Карман в шутку говорил, что если бы ему представилась на том свете возможность выяснить у бога научные тайны, то он спросил бы о природе турбулентности. [19]
В 1883 г. была опубликована работа английского физика Осбор-на Рейнольдса ( 1842 - 1912) Экспериментальное исследование обстоятельств, которые определяют, будет ли движение воды прямолинейным или волнистым, и о законе сопротивления в параллельных каналах. Хотя основные уравнения, описывающие динамику вязкой жидкости - уравнения Навье-Стокса, уже были известны, причины возникновения турбулентности оставались загадкой. С тех пор вопрос о природе турбулентности стоял перед наукой, приобретая со временем все большую остроту. Ричардсон развил качественные представления о том, что в турбулентном течении имеется перенос энергии от крупных ко все более и более мелким завихрениям, пока энергия не диссипирует из-за вязкости в малых масштабах. В 1941 г. была предложена теория турбулентности Колмогорова-Обухова. Анализ основывался на предположении, что при больших числах Рейнольдса турбулентное состояние можно считать локально однородным и изотропным в статистическом смысле, и о том, что имеет место каскадная передача энергии от крупных пространственных масштабов к мелким в так называемом инерционном интервале - области масштабов, где вязкость несущественна. [20]
Под сдвиговыми течениями ( или течениями с поперечным сдвигом, по-английски shear flows) понимаются течения жидкости, скорость ( или, в случае турбулентных течений, средняя скорость) которых имеет во всех точках одно и то же ( или хотя бы примерно одно и то же) направление, но по величине меняется в направлении, перпендикулярном направлению течения. К числу сдвиговых течений относятся важнейшие классы течений в круглой трубе, плоском канале и пограничном слое на плоской пластине, а также течения в плоской или осесим-метричной - труе, плоском или осесимметричном следе за обтекаемым шаром или цилиндром и в плоском слое перемешивания двух примыкающих друг к другу плоскопараллельных течений, различающихся величиной ( но не направлением) скорости. Все перечисленные классы течений легко осуществляются в лабораторных условиях и имеют большое значение для многих технических задач. Богатый экспериментальный материал, накопленный при изучении таких течений, позволяет рассматривать их как эталоны для проверки различных теорий и гипотез о природе турбулентности; неудивительно поэтому, что таким течениям посвящена обширная литература, лишь небольшая часть которой будет указана в настоящей главе. Основу же этой главы составит изложение основных сведений как о важнейших интегральных характеристиках простейших турбулентных сдвиговых течений - профилях средней скорости и температуры, расходе жидкости, законах сопротивления, законах тепло - и массопереноса от стенки к жидкости ( или от жидкости к стенке), так и о закономерностях, касающихся статистических характеристик турбулентных пульсаций в таких течениях. В заключение совсем кратко будут обрисованы основные полуэмпирические подходы к описанию сдвиговых течений, широко используемые при практических инженерных расчетах. [21]
Аналогичное знакомство и последующая реакция несколько позднее произошли и в ряде других стран. Можно указать на семинары 1976 - 1977 гг. по турбулентности и уравнению Навье - Стокса, семинар по точечным отображениям и их приложениям 1973 г. в Тулузе. Навье - Стокса 1976 - 1977 гг. стали работа Лоренца 1963 г. [563] о непериодическом характере движений трех-модовой модели конвективной турбулентности и работа Рюэля и Такенса 1971 г. [627], содержавшая новые предположения о природе турбулентности. Эти работы были переизданы и именно вокруг них сконцентрировались многие из последующих работ. [22]
Надо сказать, что теория турбулентного движения еще далека от своего завершения. Известный специалист в области гидро-и аэромеханики Теодор фон Карман в 1961 году говорил, что когда он, наконец, предстанет перед Создателем, то первое, о чем он попросит, будет раскрытие тайны турбулентности. Во всем мире на фундаментальные исследования турбулентности затрачиваются огромные усилия. И все же общепринятой теории пока нет, о природе турбулентности существуют различные, и даже противоположные точки зрения. [23]
 |
Аномальное удельное сопротивление, измеренное в установке MRX, как функция среднего свободного пробега ( Amfp при электронно-ионных столкновениях ( М. Ямада, частное сообщение. [24] |
Рей-нольдса, рассчитанное по значениям L и спитцеровской проводимости. Некоторые эксперименты по магнитному пересоединению свидетельствуют об ускорении частиц ( гл. В экспериментах Стенцеля и Гекельмана ( Stenzel и Gekelman, 1984) наблюдались функции распределения электронов с нетепловыми хвостами, что, по-видимому, не удивительно ввиду больших средних свободных пробегов в этих экспериментах. В экспериментах Гекельмана и др. ( Gekelman и др., 1982), а также Алтынцева и др. ( Altynsev и др., 1990), наблюдалось также ускорение ионов. В обоих случаях ускорение, по-видимому, обусловлено турбулентными полями в токовом слое, однако природа турбулентности пока полностью не исследована. Во многих экспериментах ток заканчивается своего рода срывом. Причину срыва, как правило, трудно определить однозначно, и вероятно она не одинакова для различных установок. [25]
Страницы: 1 2