Почему возникает турбулентность?

При больших числах Рейнольдса мы имеем турбулентный поток. Это связано с тем, что силы инерции намного больше сил вязкости. Я понимаю, что силы инерции на самом деле являются вымышленными силами из-за импульса движущейся жидкости. И вязкими должны быть силы, которые стягивают каждый слой вместе. Но почему, когда силы инерции слишком велики, чем силы вязкости, возникает турбулентность? Почему молекулы просто не продолжают двигаться ламинарно из-за своего импульса? Я могу предположить, что вязкие силы не очень сильны на высоких скоростях (при высоких инерционных силах), чтобы удерживать их вместе, образуя ламинарный поток? Но опять же, почему они приводят к иррациональному движению после того, как действие вязких сил уже не является значительным? В качестве механического аналога, если у меня есть шары, соединенные вместе, и я заставлю их двигаться линейно и удалим их соединение между ними, они могут продолжать двигаться линейно. Но что происходит в молекулах жидкости, когда создается турбулентность?

Это должно быть со стабильностью. Если у вас есть независимое от времени решение уравнений Навье-Стокса, вы можете рассмотреть небольшое возмущение и изучить, как это возмущение изменяется во времени. Вы обнаружите, что при низких числах Рейнольдса возмущение будет затухать, и существует критическое число Рейнольдса, выше которого вы возбудите моду, которая не затухнет. Если вы затем увеличите число Рейнольдса, появится другая мода, которая не затухает, и чем больше вы ее увеличиваете, тем быстрее появляются новые моды.
@CountIblis: ваш комментарий должен быть ответом
У меня есть еще одна вещь, которую я могу добавить к тому, что сказал @CountIblis. Уравнения Навье-Стокса нелинейны, поэтому они могут иметь более одного решения для данной ситуации. Если стационарное течение, не зависящее от времени, является одним из решений, также может быть турбулентное (нестационарное) течение. Тот из них, который более стабилен, определяет поток, который будет преобладать.

Ответы (1)

Роль сил вязкости по отношению к турбулентности аналогична роли диффузии для смесей: они задают масштаб, ниже которого сглаживаются градиенты. Таким образом, нет вихрей меньшего размера. Когда этот масштаб намного меньше, чем масштаб эксперимента, может возникнуть тубулентность .

Турбулентность не связана с особенностью молекул. Это может произойти в любой жидкости, газе или жидкости, когда неоднородность вызывает нестабильность — и мы обнаруживаем, что такие простые ситуации, как два слоя жидкости, движущиеся параллельно друг над другом, нестабильны, см. Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца.

Но турбулентность имеет свои очень специфические особенности в трехмерном континууме: для нее важна геометрия. Он начинается с двумерных структур, то есть удлиненных вихрей. Когда они находятся близко друг к другу, они взаимодействуют и вращаются друг вокруг друга. Поскольку в 3D ничто не заставляет их быть идеально выровненными, они будут «резать» друг друга через определенные промежутки времени, создавая меньшие, даже менее выровненные вихри. В свою очередь, они будут взаимодействовать, и будет генерироваться целый каскад все меньших и меньших вихрей, пока вы не достигнете вязкого масштаба.

Почему возникает турбулентность?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v