Турбулентний рух рідини

Переважна більшість течій, які зустрічаються в техніці є турбулентними. заміри показують, що в кожній точці при усталеному русі вектор швидкості неперервно змінюється.

Швидкість у даній точці турбулентного потоку, що заміряна в даний момент часу, називається миттєвою.

Уявимо потік рідини в якому через будь-яку фіксовану точку, (точка А) за деякий відрізок часу (T₂-T₁) проходять різні частинки рідини з різними векторами швидкостей (рис. 40). Якщо спроектувати проекції цих векторів на вісь руху рідини дістанемо типову картину зміни проекції векторів в часі.

На рис. 41 показано зміну проекцій миттєвих швидкостей на вісь руху (пульсаційна крива), що проходять за певний відрізок часу (T₂ – T₁) різні частинки рідини крізь точку А. проекції векторів швидкостей ū₁ і ū₂ – це проекції векторів в дану мить. З рис. 41 видно, що миттєві вектори швидкостей неперервно пульсують, тобто змінюються біля деякої середньої величини, яка називається вектором осередненої швидкості ū_осер..

Графічно цей вектор осередненої швидкості виражається висотою прямокутника ū_осер рівновеликої площі, замкненої між пульсаційною кривою, віссю абсцис і двома ординатами, відповідно початковому T₁ і кінцевому T₂ моментами спостереження.

Осередненою швидкістю називається швидкість у даній точці, середня за деякий проміжок часу. Вона визначається залежністю

.

Проміжок часу (T ₂- T ₁) повинен бути таким, щоб осереднена швидкість мало відрізняється від швидкості, що отримана за значний час. Як правило, (T ₂ - T ₁) коливається в межах 2-5 хвилин в залежності від певних умов проведення дослідів.

Поняття осередненої швидкості вперше було запропоновано Буссінеском (1867р) і розвинене Рейнольдсом. За допомогою цього поняття дійсний турбулентний потік з хаотичним переміщенням частинок рідини, замінюють уявною моделлю потоку, як сукупності елементарних струминок, швидкості яких представляють вектори осереднених швидкостей, які паралельні осі і одна одній, тобто хаотичний рух частинок рідини замінений на фіктивно паралельно струминний рух. А це означає, що до турбулентного потоку можна застосовувати рівняння Бернуллі.