Описание турбулентного движения

Описание турбулентного движения

Составление теоретического описания турбулентного перемещения для многих поколений гидродинамиков являлось основной задачей. Потому, что случайные флуктуации скоростей, характерные для турбулентного перемещения, так же, как и прежде не поддаются строгому теоретическому анализу, самый успешный подход к решению проблемы или заключается в статистическом описании, или основывается на физических данных и анализе размерности. В случае если сказать коротко, анализ размерности пребывает в том, чтобы выяснить, какие параметры присутствуют в уравнении, а потом установить, как они должны быть связаны между собой для получения однообразных размерностей в обеих частях этого уравнения. К примеру, масштаб скорости (в сантиметрах в секунду) обязан воображать собой отношение масштаба длины (в сантиметрах) к масштабу времени (в секундах). Доказано, что лучше всего воображать турбулентный поток как суперпозицию вихрей различных размеров, самые большие из которых ограничены размерами области, где имеет место этот турбулентный поток, либо масштабами процесса, генерирующего турбулентность.

Энергия, приобретаемая из осредненного потока самыми большими вихрями, передается по каскаду все более небольших вихрей, пока, в итоге, не диссипируется в тепло в следствии вязкости. В случае если турбулентное перемещение отлично развито, так что мельчайшие вихри на довольно много десятичных порядков меньше громадных вихрей, в которых заключается главная кинетическая энергия, то получается, что перемещения мельчайших масштабов статистически свободны от более больших вихрей. При последовательном каскадном переходе энергии по все уменьшающимся масштабам перемещения самые небольшие вихри отделяются от широкомасштабного потока, так что энергетический баланс мелкомасштабных явлений зависит лишь от динамики, которая имеет значение в данном масштабе.
В свое время коммунистический математик А. Н. Колмогоров сделал вывод, что преобладающая часть баланса энергии мельчайших вихрей зависит лишь от двух факторов: средней скорости переноса энергии от больших вихрей и от вязкости жидкости. При помощи анализа размерностей Колмогоров продемонстрировал, как вязкость диссипации и скорость энергии возможно связать уравнением так, чтобы на его основании возможно было угадать самые мелкомасштабные флуктуации скорости. Для диапазона скоростей диссипации, преобладающих в океане, величина порога скорости (величина, ниже которой флуктуации скорости становятся малыми) изменяется примерно от одного до шести сантиметров. На более маленьких расстояниях может иметь место совсем маленькой кинетическая энергия турбулентного перемещения.
В случае если имеются вариации солености либо температуры, они провалятся сквозь землю в следствии перемешивания теми же самыми вихрями, благодаря которым создается структура скорости. Ответственным выводом из размерности есть то, что солёности величин и пороги температуры составляют соответственно только половину и одну пятую величины порога скорости. Это указывает, что в толще воды, где флуктуации скорости сократились практически до нуля, могут еще существовать флуктуации температуры, и, в случае если перемешивание длится , пока флуктуации температуры сгладятся практически до нуля, флуктуации солености все еще сохранятся. Не смотря на то, что с перемещением, меньшим порога скорости, связана маленькая кинетическая энергия, разъединение элементов жидкости благодаря остающегося перепада скоростей будет приводить к солёности вариаций и уменьшению температуры до все меньших размеров, так что, в итоге, эти параметры сравняются благодаря диффузии. Для океанографии принципиально важно то, что для вычисления скорости перемешивания в поле турбулентного потока не необходимо учитывать величины вариаций, меньшие, чем величина порога.
Как выяснить скорость диссипации энергии в океане, на которой основаны расчеты размеров порогов? Двумя главными силами, действующими в океане, являются ветры и приливы. Мощность каждого из этих действий колеблется от пяти до двадцати эргов на квадратный сантиметр поверхности моря в секунду. Считают, что солиднейшая часть энергии приливов рассеивается в мелководных морях поблизости от берегов, в то время как солиднейшая часть энергии, информируемой ветрами, рассеивается в верхних слоях открытого океана.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *