Турбулентное движение и его особенности

При турбулентном режиме движения скорости в каждой точке потока изменяются во времени как по величине, так и по направлению. Измерения показывают, что скорость в точке хотя и пульсирует, но колеблется около некоторого постоянного, независимого от времени значения, называемого осредненной скоростью. На рис.9.3 схематически изображен график изменения скорости в данной точке турбулентного потока. Скорость в каждый данный момент времени в данной в точке называется мгновенной скоростью. Непостоянство мгновенной скорости времени в данной точке вынуждает при изучении турбулентного потока рассматривать поле осредненных скоростей. Осредненной по времени скоростью называется скорость в данной точке за большой промежуток времени. Значение осредненной скорости представлено горизонтальной прямой на рис. 9.3, это значение может быть найдено в данной точке (так, как это следует из рис. 9.3):

,

т.е. будет равна высоте прямо- Рис. 9.3

угольника с основанием , равновеликого по площади криволинейной фигуре, ограниченной кривой , осью времени и вертикальными отрезками и .

Разность между величинами фактической мгновенной скорости и осредненной скорости в данной точке

,

называется пульсационной скоростью; ее величина изменяется от отрицательных значений до положительных, переходя через ноль.

Следует различать осредненную скорость в данной точке турбулентного потока и среднюю скорость по всему живому сечению . При ламинарном режиме пульсации скорости отсутствуют и мгновенная скорость является одновременно осредненной в каждой точке потока; в турбулентном потоке вначале в каждой точке путем осреднения получается скорость и только затем определяется средняя скорость по сечению. Процесс непрерывного перемешивания в турбулентном потоке вызывает появление дополнительного трения, которое оказывается во много десятков раз больше, чем трение при ламинарном режиме движения. При течении в круглой трубе в весьма тонком слое у стенки движение происходит слоями, так имеет место ламинарный режим (рис. 9.4). В этом слое, Рис 9.4

называемом ламинарным слоем, имеющем толщину скорость нарастает от нуля на стенке до некоторого значения . На расстоянии от стенки, большем , существует так называемый переходный слой толщиной , за которым в центральной части потока располагается турбулентное ядро.