Моделирование турбулентных течений. Белов И.А - 5 стр.

                                                                                  5

стеночных слоях, в результате чего сопротивление тела и теплоотдача с поверхно-
сти возрастают.
    3. Наблюдения и образы. Трехмерный, нестационарный характер. Вихревая
структура турбулентных течений. Растяжение вихрей. Масштабы. Энергия и
масштаб турбулентности. Определение турбулентности по П.Брэдшоу.
    При описании турбулентного течения как пространственного и нестационарного
процесса многие исследователи интерпретируют его как локальное вихревое движе-
ние со значительной завихренностью. Турбулентные вихри различных масштабов
вызывают энергичное смешение и эффективные турбулентные напряжения, намного
превышающие ламинарные.
    Рассматривая течение около пластинки, можно представить схему крупных вих-
рей в развитом турбулентном пограничном слое (рис.2). Поток выше границы слоя
имеет постоянную скорость U ; вихри двигаются в пределах слоя при беспорядочных
колебаниях местной скорости порядка десятой части U . Самый большой размер
вихря ( l ) сопоставим с толщиной пограничного слоя ( î ). Размер турбулентных вих-
рей характеризует местный масштаб турбулентности.




                                        Рис.2

   Важно подчеркнуть, что турбулентные вихри непрерывны и постоянно соприка-
саются друг с другом, причем большие вихри содержат в себе вихри меньших раз-
меров. В результате турбулентность трактуется как каскадный процесс передачи
энергии от больших вихрей к малым. В конечном счете, самые маленькие вихри,
размеры которых, кстати, намного превышают длину молекулярного пробега, рас-
сеивают энергию в тепло посредством молекулярной вязкости.
   Одновременно с вихревой интерпретацией, турбулентность трактуется как вол-
новой процесс.
   Главный физический механизм, который отвечает за распространение энергии
по широкому диапазону длин волны, это растяжение вихрей. В процессе растяжения
вихрей их кинетическая энергия вращения увеличивается, а масштаб уменьшается.
Увеличение местных скоростей стимулирует растяжение других жидких элементов,
запуская таким образом каскадный процесс интенсификации движения с постепен-
ной редукцией масштабов подвергнутых растяжению вихрей. При этом мелкомас-