Исследование - турбулентность
Cтраница 3
 |
Фотография траекторий движения мелких окрашенных частиц в турбулентном потоке воды, полученная следящей кинематографической съемкой ( получена Б. А. Фидманом. [31] |
Вероятностный или статистический подход к исследованию турбулентности сделал возможным детальное выяснение характера турбулентного потока и глубокое изучение его внутренней структуры. [32]
Вероятностный или статистический подход к исследованию турбулентности сделал возможным детальное выяснение характера турбулентного потока и глубокое изучение его внутренней структуры. Механизм возникновения турбулентности до сих пор окончательно не выяснен, но в изучении уже развитого турбулентного потока многое сделано новой ветвью гидродинамики - статистической теорией турбулентности. Интересные экспериментальные работы по изучению внутренней структуры турбулентного потока были сделаны М. В. Великановым ( по течениям воды в трубах и реках) и А. М. Обуховым - по атмосферной турбулентности. [33]
Наиболее изученным типом многофазной турбулентности является двухфазная турбулентность в псевдоожиженном слое. В этой главе рассматриваются только некоторые результаты исследований двухфазной турбулентности в псевдоожиженном слое, непосредственно связанные с нелинейными эффектами при массоэнергопереносе. [34]
Методы построения корреляционных функций усредненных величин были развиты Хорнером [95] и С. Б. Пикель-нером [94] для исследования турбулентности в туманностях. Поскольку турбулентность в туманностях представляет для нас не меньший интерес, чем исследование межзвездной турбулентности, мы изложим здесь эти методы и приведем результаты для туманности Ориона, а затем сделаем некоторые замечания о применимости этих методов к анализу корреляций магнитного поля. [35]
Идеи этой работы были развиты в последующих исследованиях ее автора, Д. Л. Лайхтмана, С. С. Зилитинкевича и некоторых других ученых ( см. обзор С. С. Зилитинкевича, Д. Л. Лайхтмана и А, С. Родственные идеи были применены также Г. И. Баренблаттом ( 1953, 1955) к исследованию турбулентности в потоках, несущих взвешенные частицы. [36]
Известно, что в несжимаемых жидкостях ( или газах, если скорость движений много меньше скорости звука) турбулентность представляет собой совокупность вихрей различных масштабов. Перераспределение энергии между ними также связано с нелинейностью уравнений гидродинамики. При исследовании турбулентности несжимаемой жидкости обычно имеют дело со следующей постановкой задачи. Затем энергия постепенно перекачивается в вихри меньших масштабов. Возникает как бы поток энергии через всю иерархию вихрей от меньших к большим / с. Величина потока энергии через иерархию вихрей равна мощности источников турбулизации и полностью определяет универсальный спектр энергии турбулентности в интервале волновых чисел / г0 / с / rv, называемом инерционным. [37]
Ввиду этого о применимости теории однородной и изотропной газомагнитной турбулентности ко всей системе межзвездного газа говорить не приходится. Однако возможно, что в небольших областях межзвездного пространства предпосылки этой теории могут оказаться справедливыми. В частности, изложенные выше результаты исследования турбулентности межзвездного газа по скоростям облаков получены для области радиусом около 200 пс вокруг Солнца. При исследовании магнитной турбулентности также следует ограничиться областями такого же размера. Однако здесь нельзя рассматривать лишь околосолнечную область, ибо данные о межзвездных магнитных полях пока относятся к более удаленным областям Галактики. В этом случае методы построения корреляционных функций отличаются от изложенных выше, ибо здесь приходится сопоставлять ( коррелировать) усредненные по лучу зрения величины, в то время как в вышеизложенном методе усреднялись уже отдельные корреляционные функции. [38]
Правда, у корреляционного метода есть и существенное преимущество - он позволяет сразу получить корреляции скоростей - величины, непосредственно сравниваемые с наблюдениями. Магнитное поле, конечно, должно удовлетворять условию однородности и изотропности, что, вообще говоря, бывает очень редко. Но, несмотря на эти преимущества, корреляционный метод явно не годится для исследования межзвездной турбулентности - и мы не будем его здесь излагать. [39]
Ввиду этого о применимости теории однородной и изотропной газомагнитной турбулентности ко всей системе межзвездного газа говорить не приходится. Однако возможно, что в небольших областях межзвездного пространства предпосылки этой теории могут оказаться справедливыми. В частности, изложенные выше результаты исследования турбулентности межзвездного газа по скоростям облаков получены для области радиусом около 200 пс вокруг Солнца. При исследовании магнитной турбулентности также следует ограничиться областями такого же размера. Однако здесь нельзя рассматривать лишь околосолнечную область, ибо данные о межзвездных магнитных полях пока относятся к более удаленным областям Галактики. В этом случае методы построения корреляционных функций отличаются от изложенных выше, ибо здесь приходится сопоставлять ( коррелировать) усредненные по лучу зрения величины, в то время как в вышеизложенном методе усреднялись уже отдельные корреляционные функции. [40]
Рейнольде сделал еще один очень важный для теории турбулентности шаг. Он предложил представлять значения всех гидродинамических величин в турбулентном течении в виде, суммы осредненных ( регулярных) и пульсационных ( нерегулярных) составляющих и изучать лишь осредненные величины, сравнительно плавно меняющиеся в пространстве и во времени, отказавшись от практически безнадежных попыток описания индивидуальных реализаций гидродинамических полей. Для определения средних значений Рейнольде предложил применять обычное осреднение по некоторому интервалу времени или некоторой пространственной области, но фактически он пользовался лишь алгебраическими свойствами операции осреднения, позволяющими существенно упростить ее применение к уравнениям гидромеханики. Поэтому в настоящее время, когда при исследовании турбулентности принято понимать осреднение иначе, чем во времена Рей-нольдса, все его выводы, тем не менее, полностью сохраняют силу, поскольку использованные им свойства осреднения оказываются очевидными именно при современном понимании этой операции. [41]
 |
Аттрактор Лоренца. а точки на одномерную кривую вида Zi, f ( Zi, графика. [42] |
Интересно, что в течение долгого времени результаты Лоренца не были восприняты. Смейла, они показали, что системы, где есть аттрактор в виде 3-тора, можно малым изменением превратить в системы с аттрактором, имеющим весьма сложную структуру, который они назвали странным аттрактором. Однако работы Смейла были основаны не на исследованиях турбулентности, а на теории динамических систем, которая выросла из исследований по небесной механике и гамильтоновым системам. [43]
Большая часть материала этой главы не требует какой-либо специальной подготовки. Но специалист наверняка заметит, что часть фрактального анализа турбулентности представляет собой геометрический аналог аналитического анализа корреляций и спектров. Спектральный анализ уже давно вернул ( даже с процентами) все, что он занимал в тогдашних исследованиях турбулентности. [44]
Страницы: 1 2 3