турбулентность

Обзор

Турбулентность возникает, когда инерционное движение подавляет вязкое сглаживание .и первоначально небольшие нарушения взаимодействуют по масштабам Большие структуры извлекают энергию из границ или вынуждая, разбиваются на меньшие движения и в конечном итоге рассеивают ее как тепло.

Технические основы

Несжимаемые уравнения Навье-Стокса выражают сохранение импульсов и масс, при этом нелинейная адвекторность переносит кинетическую энергию между пространственными масштабами. При высоком числе Рейнольдса может развиваться инерционный диапазон между энергосодержащими движениями, вязкой диссипатией. Колмогоровская теория предсказывает статистическое масштабирование в идеальных однородных изотропических условиях, но прерывистость дает более сильные редкие градиенты. Растяжение вортичности поддерживает трехмерные каскады, тогда как повороты и стратификация магнитных полей или двумерная геометрия перенаправляют передачу данных на другие спектральные объекты. Возле стен полосы и вихри спариваются непосредственно, чтобы согнуться.

Как это работает

Уравнения Навье-Стокса соединяют скорость и давление через нелинейную адвекторность. Число Рейнольдса сравнивает инерциальное с вязким эффектом. Эксперименты и моделирование анализируют средний поток, колебания спектров или когерентных структур в то время как статистические замыкания представляют собой нерешенные проблемы практических моделей.

Методы измерения и исследования

Эксперименты используют зонды с горячей проводкой, велоциметрию частиц-изображений и лазерные доплеровские системы для измерения скорости. Прямое численное моделирование решает все активные масштабы, но стоимость резко растет с числом Рейнольдса. Моделирование с большим вкраплением разрешает энергетические структуры и перенос подсетей моделей, а модели Рейнольдса со средними значениями замыкают уравнения для средних величин. Валидация сообщает о сходимости сети, условиях входа в систему и продолжительность выборки. Усреднение может скрывать негауссовые всплески, поэтому спектры и функции структуры (структура), распределение вероятностей или статистика когерентных событий дополняют среднюю скорость движения.

Ключевые идеи

• Турбулентность детерминирована в принципе, но обычно описывается статистически.
• Передача энергии зависит от масштаба и не эквивалентна случайному шуму.
• Граничные условия и когерентные структуры имеют значение наряду с идеями универсального масштабирования.

Современные исследовательские границы

Исследования нацелены на переход, уменьшение стеновых отверстий и сгорание при взаимодействии частицами скопления воды в воде или волнах. Закрытие, основанное на данных может быть исправлено с помощью обучения и должно сохранять сохранение стабильности в поведении вне учебных потоков. Адаптивное моделирование концентрирует разрешение вокруг когерентных структур, а лабораторные объекты подходят к режимам геофизических параметров через размер или вращение. Математическая сущность и гладкость трехмерных решений Навье-Стокса остается открытой, отличной от инженерного прогнозирования. Практический прогресс зависит от количественного расхождения моделей, поскольку ни одно универсальное закрытие не является точным для каждой геометрии и масштаба.

Почему это важно

Турбулентность контролирует сопротивление самолетов, горение и погоду в воздухе; смешивание океанов: сердечно-сосудистый поток. Более совершенные модели могут повысить эффективность и улучшить прогнозы окружающей среды.

Пределы и открытыые вопросы

Прямое разрешение всех весов становится непомерно дорогим при высоком количестве Рейнольда. Универсальность неполна вблизи стен, стратификации или вращения и усредненные модели могут пропускать редкие нагрузки.