Что такое турбулентность и как она происходит?

Что такое турбулентность?

Турбулентность

• случайный и стохастический

  Каждая реализация турбулентного потока уникальна, и флуктуации скорости очень нерегулярны в пространстве и времени.

• диссипативный

  Турбулентность не может поддерживать себя и будет распадаться в ламинарный поток без ввода энергии из окружающей среды (например, средний сдвиг в поле скорости или плавучести). Уменьшение выкостности в подаче не извлекает диссипацию, его как раз двигает диссипацию к всегда уменьшая маштабам.

• диффузионный

  Усредненный по времени скаляр, транспортируемый в турбулентном потоке, будет иметь больший шлейф, чем у ламинарного потока. Например, если вы впрыснете краситель в гладкую текущую реку, а в бурную текущую реку, шлейф красителя будет покрывать большую площадь в турбулентном потоке.

• трехмерный

  3D вихревая динамика играет очень важную роль в турбулентности, и в большинстве случаев вы не можете представить турбулентный поток как двумерную проблему.

• происходит в широком диапазоне масштабов

  Это, пожалуй, самое важное различие. Когда я говорю о масштабе, я имею в виду характерную длину и скорость вихря или вихря. Турбулентность производится в больших масштабах и передает свою энергию в меньших и меньших масштабах. В некоторых (очень малых) масштабах диссипация начинает происходить и турбулентность затухает. Особенностью турбулентного потока является энергия во всех масштабах, что в основном означает, что существуют вихри всех размеров, и именно взаимодействие между всеми этими вихрями дает турбулентность.

Как это происходит?

Главным образом продукция завихрения через механически продукцию и плавучее производство. Турбулентность происходит потому, что энергия вкладывается в нее с помощью этих методов производства. Турбулентность распадется сама по себе, но не остановится, пока производство не прекратится.

• Механическое производство можно представить в виде сдвигового потока или взаимодействия двух различных скоростей. Это также может быть ветер против стены или вокруг какого-либо объекта. Градиент скорости на периферии струйного потока является сдвиговым потоком, а пограничный слой, в котором мы живем, в большинстве дней представляет собой срезанную среду.

• Плавучее производство осуществляется за счет плавучести. Относительно теплые участки поднимаются, и это уравновешивается оседанием, и если вы будете следовать этим термалам и спускаться между ними и достаточно сильно прищуриваться, вы можете представить себе вихри на самых больших масштабах.

Оба этих метода приводят к турбулентности энергии в больших масштабах. Для потоков пограничного слоя это может быть порядка километра или более, Обычно высота пограничного слоя. Эти большие вихри будут иметь собственные возмущения, и эти меньшие возмущения являются следующим меньшим масштабом. Энергия каскадируется вниз до тех пор, пока размеры вихрей не станут достаточно малыми, чтобы вязкость доминировала над силами инерции, и затем энергия теряется из-за турбулентности при нагревании. Наложение этих вихрей во всех масштабах напоминает беспорядочный бугристый беспорядок, и именно так мы испытываем турбулентность.

Турбулентность воздуха почти такая же, как течение реки.

Когда участок или поток воздуха движется иначе, чем область вокруг него, вы получаете турбулентность при переходе между ними.

Примером может быть, если вы находитесь на улице в ветреный день, но стоять за деревом, чтобы «выйти из ветра». Если вы выйдете из-за дерева, вы почувствуете внезапный «толчок», когда ветер ударит вас. Если это особенно сильный ветер, он может даже заставить вас потерять равновесие на секунду, пока вы не компенсируете это. Ну, эти невидимые воздушные потоки влияют на самолет примерно так же.

Обычно это не опасно, и я думаю об этом, как о движении по ухабистой дороге. Конечно, это, как правило, даже безопаснее в самолете, потому что даже если вы попали в большую «выбоину», вам не нужно беспокоиться о том, что она бросает вас с дороги на дерево.

Фактическое движение воздуха может быть вызвано несколькими вещами:

• Ветер ударяет что-то (например, здание или гору) и смещает его (точно так же, как камни в реке).
• Воздух нагревается землей, которая затем вызывает его подъем.
• Погодная активность, такая как фронты, грозы или реактивные потоки.
• Самолет, движущийся по воздуху, будет вызывать собственную турбулентность (известную как турбулентность следа ).