В Википедии относительно числа Рейнольдса (Re) сказано, что «ламинарный поток возникает при Re<2300, а турбулентный — при Re>4000. В другом вики-файле, относящемся к вихревой дорожке Кармана, говорится, что наблюдается в заданном диапазоне чисел Рейнольдса (Re), обычно превышающем предельное значение Re около 90. Согласно Вики, «термин вихревая дорожка Кармана (или вихревая дорожка фон Кармана) используется в динамике жидкости для описания повторяющегося паттерна закрученные вихри, вызванные нестационарным отрывом потока жидкости по обтекаемым телам». Не относится ли это «нестационарность» к турбулентности? Если да, то как вихри могут иметь такое низкое значение Re? Верно ли утверждение «чем больше турбулентность, тем выше эффект вихря»?
Турбулентность — это не то же самое, что неустойчивость — вихревая дорожка — это не обязательно турбулентное явление. В качестве аналогии, которую (по какой-то причине) мне легче понять, рассмотрим эксперимент с конвекцией, в котором мы нагреваем жидкость внизу и охлаждаем ее вверху. Ниже определенного порогового значения разности температур тепло передается только за счет диффузии, объемный поток отсутствует. Чуть выше и получаем неустойчивость, в результате которой образуется конвекционная ячейка. В этом случае жидкость движется, но все же движется ламинарно. Когда мы увеличиваем разницу температур, скорость потока увеличивается, и только когда мы увеличиваем температуру немного больше, поток становится турбулентным.
Вихревые улицы похожи. Выше определенного значения числа Рейнольдса формируется вихревая дорожка. Поток теперь зависит от времени, но он периодический, и его относительно легко предсказать. Если поток увеличивается еще больше, то вихри вращаются так быстро, что образуются меньшие вихри, рассеивающие их кинетическую энергию. Только в этот момент поток становится непредсказуемым и хаотичным, когда мы называем его турбулентным. Я думаю, вы можете сказать что-то вроде: вихревая дорожка Кармана — это поток, неустойчивый в одном пространственном масштабе, но для того, чтобы поток можно было назвать турбулентным, он должен быть нестационарным в широком диапазоне масштабов.
Точка, в которой поток становится турбулентным, очень чувствительна к геометрии потока. Указанное вами значение 2300 относится к потоку в гладких трубах. Например, поток вокруг сферы перестает быть ламинарным при Re около 1. Поток становится все более турбулентным по мере увеличения числа Рейнольдса, пока не начнется срыв вихрей около Re = 50.
Бернхард