Всегда ли течение вязкой жидкости в свободном пространстве без градиента давления ламинарно?

Рассмотрим (ньютоновскую) несжимаемую вязкую жидкость в трех пространственных измерениях, поле скоростей которой в "=" в ( Икс , у , г , т ) движется по уравнениям Навье-Стокса

(1) в т + ( в ) в ν Δ в "=" п   , в "=" 0

где ν – кинематическая вязкость и п - поле давления (скалярное), действующее на жидкость. Предположим, что градиент давления всегда равен нулю : п "=" 0 везде на все времена т 0 . Предположим, что жидкость находится в свободном пространстве (т. е. без границ), и у нас есть в качестве начального условия гладкое поле скоростей в ( Икс , у , г , 0 ) "=" в 0 ( Икс , у , г ) 0 которая обращается в нуль вне ограниченной области р 3 .

Вопрос: возможно ли в этом случае турбулентное течение?

Редактировать: как обсуждалось в комментариях к ответу Сэмми Гербила ниже (которому я благодарю за то, что он помог мне уточнить мои сомнения), мое ожидание в отсутствие градиента давления и граничных сил сопротивления (в отличие, например, в потоке Куэтта между стационарным пластины и подвижной, параллельной) заключается в том, что член диссипации ν Δ в доминирует над термином конвекции ( в ) в и поток жидкости должен вести себя как своего рода «тепловой» поток, рассеивающийся во времени до тех пор, пока жидкость не перестанет двигаться (возможно, через бесконечное количество времени) - в частности, я ожидаю, что поток всегда будет оставаться ламинарным . т > 0 (отсюда тон заголовка вопроса). Иными словами, приведенный выше вопрос сводится к следующему:

Вопрос (перефразированный): Соответствует ли линейная часть левой части (1) (который по сути является тепловым оператором, действующим на в ) доминируют при вышеуказанных гипотезах?

Если это действительно так, я хотел бы увидеть математически точный аргумент в пользу этого, основанный на уравнениях Навье-Стокса. (1) .

Ответы (1)

ОБНОВЛЕННЫЙ ОТВЕТ

Извините, я слишком узко интерпретировал ваш вопрос.

Течение Куэтта происходит без градиента давления из-за вязкого сопротивления граничной поверхности и является ламинарным. Если сила сопротивления увеличивается, поток может стать турбулентным.

Если переходный инерционный поток начинается ламинарно, я думаю, что он должен оставаться ламинарным, поскольку он затухает, потому что скорость потока будет уменьшаться во всех точках. (Я не думаю, что поток может быть ламинарным при Re1, турбулентным при Re2 и снова ламинарным при Re3, где Re1 < Re2 < Re3.)

ОРИГИНАЛЬНЫЙ ОТВЕТ

Для вязкой жидкости, если нет градиента давления, то нет и течения.

Даже если вы начнете с ненулевого поля скоростей при т "=" 0 ? (кстати, надо было уточнить начальные условия - исправлю в вопросе)
@PedroLauridsenRibeiro: Исключение потока Куэтта оставляет второй вариант в моем ответе - переходный ламинарный поток. Как вы думаете, возможна ли турбулентность? Если да, объясните, почему в вашем вопросе.
Что касается потока Куэтта, у вас есть внешняя сила сопротивления на границе, поэтому она должна появиться в граничных условиях. Предположим теперь, что жидкость находится в свободном пространстве (т. е. без границ) и начальное условие v0 обращается в нуль за пределами ограниченной области R3 (поэтому нет граничных сил сопротивления, как в течении Куэтта). Возможна ли еще турбулентность? Моя интуиция в этой ситуации заключается в том, что в этом случае поток жидкости должен вести себя больше как поток «тепла» и рассеиваться, как вы предложили в своем обновленном ответе, но я хотел бы увидеть более точный аргумент.
Я отредактирую свой вопрос дальше, включив в него мои вышеуказанные ожидания, как вы предложили.
@PedroLauridsenRibeiro: Кинетическая энергия рассеивается даже в ламинарном потоке.
Это мое интуитивное ожидание, но я сомневаюсь, действительно ли член (линейной) диссипации доминирует над членом (нелинейной) конвекции в этом случае, поскольку это «линейная» интуиция, вытекающая из уравнения теплопроводности. Мне особенно хотелось бы увидеть математически строгий аргумент в пользу этого. Я конкретизировал свой вопрос, чтобы выразить эту обеспокоенность.