Возникновение турбулентности

В устойчивых течениях возникшие случайно или введённые по воле исследователя в поток малые возмущения не развиваются с течением времени, а наоборот, затухают, не влияя заметно на происходящие в потоке жидкости (газа) процессы.

В неустойчивых движениях малые вначале возмущения растут, существенно изменяя характер начального движения и способствуя его переходу либо к новому устойчивому движению, если такое имеется среди возможных уравнений Стокса, либо к некоторому хаотическому, образованному нерегулярно движущимися и взаимодействующими между собой жидкими массами.

Процессы возникновения и развития такого рода движений, так же как и их разрушения, носят случайный характер и не поддаются строгому теоретическому анализу, требуя для своего изучения своеобразных статистических подходов.

Эта форма движений вязкой жидкости, широко распространённая в природе и различных технических устройствах носит наименование турбулентных движений (течений).

Турбулентными являются движения воздуха в атмосфере, течение воды в морях, реках и океанах, в водопроводных трубах, в газопроводах, турбинах, насосах, компрессорах и т.д.

Исторически, первыми научными наблюдениями турбулентного движения являются, относящиеся к 1883 г, опыты английского физика О. Рейнольдса, который изучал движение воды в круглой цилиндрической трубе. Повышая скорость ламинарно движущейся жидкости, можно было заметить, как на подкрашенную и хорошо видимую вначале струйку начинают накладываться волны.

Постепенно с ростом скорости течения воды число таких волн и их амплитуды возрастают и в конце концов струйка разбивается на нерегулярные, перемешивающиеся между собой мелкие струйки, хаотический характер движения которых позволяет судить о переходе ламинарного движения в турбулентное.

В этих опытах Рейнольдс впервые обнаружил, что переход из ламинарного течения в турбулентное обуславливается достижением критического значения безразмерного критерия, которое в дальнейшем и получило его имя (число Рейнольдса )

Здесь средняя по диаметру трубы скорость, диаметр трубы, кинематический коэффициент вязкости.

В последствии им же было открыто существование нижнего критического значения , примерно =2000.

Если движение в трубе оставалось ламинарным при любых возмущениях на входе. уменьшение возмущений на входе (или просто их удалении) можно искусственно затянуть ламинарное движение в область значительно больших значений числа (и до )