Просмотр кода страницы Турбулентность

{{о|фильме с таким названием|Турбулентность (фильм)}}
{{Механика сплошных сред}}
{{Течение жидкостей и газа}}
[[Файл:Vortex-street-animation.gif|200px|thumb|[[Вихревая дорожка]] при обтекании цилиндра]]
'''Турбуле́нтность''', устар. '''турбуле́нция''' (от {{lang-la|turbulentus}} — бурный, беспорядочный), ''турбуле́нтное тече́ние'' — явление, когда при увеличении [[Скорость|скорости]] [[Течение|течения]] [[Жидкость|жидкости]] (или [[газ]]а) образуются нелинейные [[фрактал]]ьные [[Волна|волны]]. Волны образуются обычные, линейные различных размеров, без наличия внешних сил и/или при наличии — сил, возмущающих среду. Волны появляются случайно, и их амплитуда меняется хаотически в некотором интервале. Они возникают чаще всего либо на границе, у стенки, и/или при разрушении или опрокидывании волны. Они могут образоваться на [[струя]]х (экспериментально турбулентность можно наблюдать на конце струи пара из (электро)чайника).

Количественные условия перехода к турбулентности были экспериментально открыты английским физиком и инженером [[Рейнольдс, Осборн|О. Рейнольдсом]] в [[1883 год]]у при изучении течения воды в трубах.
Для расчёта подобных течений были созданы различные [[модели турбулентности]].

== Описание ==
При определённых параметрах турбулентность наблюдается в потоках [[Жидкость|жидкостей]] и [[газ]]ов, многофазных течениях, [[Жидкие кристаллы|жидких кристаллах]], квантовых [[Бозе-конденсат|бозе-]] и [[Ферми-жидкость|ферми-]] жидкостях, [[Магнитная жидкость|магнитных жидкостях]], [[Плазма|плазме]] и любых сплошных средах (например, в песке, земле, металлах). Турбулентность также наблюдается при взрывах звёзд, в [[Сверхтекучесть|сверхтекучем]] [[Гелий|гелии]], в нейтронных звёздах, в лёгких человека, движении крови в сердце, при турбулентном (т. н. вибрационном) горении.

Турбулентность в её обычном понимании возникает в пристеночных слоях слабовязких жидкостей или газов либо на некотором удалённом расстоянии за плохообтекаемыми телами.
Турбулентность возникает самопроизвольно, когда соседние области среды следуют рядом или проникают один в другой, при наличии перепада [[Давление|давления]] или при наличии [[Сила тяжести|силы тяжести]], или когда области среды обтекают непроницаемые поверхности.
Она может возникать при наличии вынуждающей случайной силы. Обычно внешняя случайная сила и сила тяжести действуют одновременно. Например, при землетрясении или порыве ветра падает [[лавина]] с горы, внутри которой течение снега турбулентно.
Мгновенные параметры потока (скорость, температура, давление, концентрация примесей) при этом [[Хаос|хаотично]] колеблются вокруг средних значений. Зависимость квадрата амплитуды от частоты колебаний (или спектр Фурье) является непрерывной функцией.<br>
Обычно турбулентность наступает при превышении критической величины неким параметром, например [[Число Рейнольдса|числом Рейнольдса]] или [[Число Рэлея|Рэлея]] (в частном случае скорости потока при постоянной плотности и диаметре трубы и/или температуры на внешней границе среды).

Турбулентность, например, можно создать:
* увеличив [[число Рейнольдса]] (увеличить линейную скорость или угловую скорость вращения потока, размер обтекаемого тела, уменьшить первый или второй [[коэффициент молекулярной вязкости]], увеличить [[плотность]] среды);
* увеличив [[число Рэлея]] (нагреть среду);
* увеличив [[число Прандтля]] (уменьшить вязкость);
* увеличив угловую скорость вращения или радиальный градиент температуры (явление [[Цикл индекса|цикла индекса]]);
* задав очень сложный вид внешней силы (примеры: хаотичная сила, удар). Течение может не иметь фрактальных свойств.
* создав сложные граничные или начальные условия, задав функцию формы границ. Например, их можно представить случайной функцией. Например: течение при взрыве сосуда с газом. Можно, например, организовать вдув газа в среду, создать шероховатую поверхность. Использовать разгар сопла. Поставить сетку в течение. Течение может при этом не иметь фрактальных свойств.
* создав квантовое состояние. Данное условие применимо только к изотопам [[Гелий|гелия]] 3 и 4. Все остальные вещества замерзают, оставаясь в нормальном, не квантовом состоянии.
* облучив среду звуком высокой интенсивности.
* с помощью химических реакций, например горения. Форма пламени, как и вид [[водопад]]а может быть хаотичной.

Скорее всего, турбулентность описывается [[Кинетическое уравнение Больцмана|уравнением Больцмана]], поскольку характерные масштабы этого уравнения намного меньше масштабов турбулентности. Но вопрос остаётся открытым, в настоящее время ведутся исследования о применимости этого уравнения для моделирования процесса возникновения турбулентности. Проблема заключается в том, что уравнения движения жидкости ([[уравнения Навье — Стокса]]) являются безмасштабными, то есть сами по себе не задают пределов прямого каскада (см. ниже) и таким образом не определяют характерного размера (масштаба) турбулентных вихрей. Тем не менее, на их основе разработано огромное множество математических моделей турбулентности (RANS, LES, DES и DNS модели). Эти модели, за исключением модели DNS, широко используются для инженерных расчётов. Однако до настоящего момента не получено ни одного точного аналитического решения этой системы уравнений для турбулентной области течения.

=== Виды турбулентности ===
[[Файл:Los Angeles attack sub 2.jpg|thumb|200px|right|Ламинарное (на переднем плане) и турбулентное течение вокруг [[Подводная лодка|подлодки]] [[Подводные лодки типа «Лос-Анджелес»|типа «Лос-Анджелес»]]]]
* Двумерная турбулентность наблюдается в [[Интерференция в тонких плёнках|тонких плёнках]] или слоях жидкости или газа. Поскольку толщина [[Атмосфера Земли|земной атмосферы]] намного меньше земного радиуса, атмосфера Земли является двумерной системой и большинство погодных явлений ([[циклон]]ы, [[ураган]]ы и т. п.) могут рассматриваться как двумерные турбулентные вихри.
: Основное отличие двумерной турбулентности от трёхмерной заключается в направлении переноса энергии в [[спектр]]е: в трёхмерной среде крупные турбулентные вихри распадаются на более мелкие, те, в свою очередь, на ещё более мелкие, которые затем теряют свою энергию (замедляются) за счёт действия не консервативных сил. В двумерной среде наоборот, малые завихрения усиливают друг друга, складываясь и создавая всё более крупные завихрения. Экспериментально двумерная турбулентность может наблюдаться в искусственно создаваемой мыльной плёнке воды толщиной от 4 до 5 микрон<ref>{{Cite web |url=http://maartenrutgers.org/science/turbulence/gallery.html |title=Fluid Picture Gallery<!-- Заголовок добавлен ботом --> |accessdate=2009-02-13 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20090226234748/http://maartenrutgers.org/science/turbulence/gallery.html |archivedate=2009-02-26 |deadlink=yes }}</ref>.
* [[Оптика|Оптическая]] турбулентность. 
* Хаотичное [[мерцание звёзд]] на ночном небе связано с случайным изменением плотности воздуха. Это так же проявление мелкомасштабной атмосферной турбулентности.
* Речная турбулентность. Течение воды в [[Река|реке]] турбулентно. Когда число Рейнольдса и расход меняется, река меняет шероховатость своего дна.
* В [[Жидкие кристаллы|жидких кристаллах]] ([[Нематические жидкие кристаллы|нематиках]]), когда скорость среды равна нулю, наблюдается так называемая «медленная» турбулентность.
* [[Химия|Химическая]] турбулентность. В частном случае, она может быть описана уравнением В. Н. Николаевского.<ref>{{Cite web |url=http://repository.kulib.kyoto-u.ac.jp/dspace/bitstream/2433/49992/1/e015202.pdf |title=Источник |access-date=2008-07-19 |archive-date=2016-02-17 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160217143414/http://repository.kulib.kyoto-u.ac.jp/dspace/bitstream/2433/49992/1/e015202.pdf |deadlink=no }}</ref>.
* [[Кварк-глюонная плазма]], которая существовала на [[Эволюция Вселенной|ранней стадии Вселенной]], описывается моделью идеальной жидкости (то есть уравнением Навье — Стокса с величиной вязкости, равной нулю). Это пример турбулентного состояния плазмы.

* Однородная и изотропная
** [[Изотропия|Изотропная]] — когда её статистические параметры не зависят от направления. Создаётся искусственно на некотором расстоянии после металлической сетки или решётки.
** [[Однородность пространства|Однородная]] — когда её параметры меняются вдоль выбранной оси, но в данном сечении (например, трубы́) они одинаковы.

* На поверхности [[Многофазная жидкость|многофазной жидкости]] (см. [[Многофазная система]]) под влиянием [[Вибрация|вибраций]]. Например, в слое стеклянных сфер в [[Кукурузный сироп|кукурузном крахмальном сиропе]] при частоте 120 Гц и виброускорении в 25 [[G (ускорение свободного падения)|g]].

== Теория ==
{{плохое оформление|дата=2021-06-29|раздел=да}}
Для теоретического описания турбулентности применяются различные подходы.

При [[Статистическая механика|статистическом]] подходе считается, что турбулентность порождает случайно изменяющаяся совокупность вихревых элементов различных размеров{{sfn|Турбулентность. Принципы и применения|с=66|1980}}.

Другим подходом является метод [[Спектральный анализ|спектрального анализа]], который дополняет статистический подход{{sfn|Турбулентность. Принципы и применения|с=99|1980}}.

При больших [[Число Рейнольдса|числах Рейнольдса]], скорости потока от небольших изменений на границе зависят слабо. Поэтому при разных начальных скоростях движения корабля формируется одна и та же волна перед его носом, когда он движется с крейсерской скоростью. Нос ракеты обгорает и создаётся одинаковая картина [[Разгар деталей оружия|разгара]], несмотря на разную начальную скорость.

'''Фрактальный''' — означает самоподобный. У прямой линии [[фрактальная размерность]] равна единице. У плоскости равна двум. У шара трём. Русло реки имеет фрактальную размерность больше 1, но меньше двух, если рассматривать его с высоты спутника. У растений фрактальная размерность вырастает с нуля до величины больше двух. Есть характеристика геометрических фигур, называется фрактальная размерность. Наш мир нельзя представить в виде множества линий, треугольников, квадратов, сфер и других простейших фигур. И фрактальная размерность позволяет быстро характеризовать геометрические тела сложной формы. Например, форму листа дерева.

'''Нелинейная волна''' — волна, которая обладает нелинейными свойствами. Их амплитуды нельзя складывать при столкновении. Их свойства сильно меняются при малых изменениях параметров. Нелинейные волны называют диссипативными структурами.
В них нет линейных процессов дифракции, интерференции, поляризации. Но есть нелинейные процессы, например, самофокусировка.
При этом резко, на порядки увеличивается коэффициент диффузии среды, перенос энергии и импульса, сила трения на поверхность.

То есть, в частном случае, в трубе с абсолютно гладкими стенками при скорости выше некоторой критической, в течение любой сплошной среды, температура которой постоянная, под действием только силы тяжести всегда самопроизвольно образуются нелинейные самоподобные волны и затем турбулентность. При этом нет никаких внешних возмущающих сил. Если дополнительно создать возмущающую случайную силу или ямки на внутренней поверхности трубы, то турбулентность также появится.

В частном случае нелинейные волны — [[Смерч-вихрь|вихри]], [[торнадо]], [[солитон]]ы и другие нелинейные явления (например, [[волны в плазме]] — обычные и шаровые молнии), происходящие одновременно с линейными процессами (например, акустическими волнами).

На математическом языке турбулентность означает, что точное аналитическое решение дифференциальных уравнений в частных производных сохранения импульса и сохранения массы Навье-Стокса (это закон Ньютона с добавлением сил вязкости и сил давления в среде и уравнение неразрывности или сохранения массы) и уравнение энергии представляет собой при превышении некоторого критического числа Рейнольдса, странный аттрактор. Они представляют нелинейные волны и обладают фрактальными, самоподобными свойствами. Но так как волны занимают конечный объём, какая-то часть области течения ламинарна.

При очень малом числе Рейнольдса — это всем известные линейные волны на воде небольшой амплитуды. При большой скорости мы наблюдаем нелинейные волны цунами или обрушение волн прибоя. Например, крупные волны за плотиной распадаются на волны меньших размеров.

Вследствие нелинейных волн любые параметры среды: ([[скорость]], [[температура]], [[Давление (физика)|давление]], [[Плотность вещества|плотность]]) могут испытывать [[Хаос|хаотические]] колебания, изменяются от точки к точке и во времени не периодически. Они очень чувствительны к малейшим изменением параметров среды. В турбулентном течении мгновенные параметры среды распределены по случайному закону. Этим турбулентные течения отличаются от [[Ламинарное течение|ламинарных]] течений. Но управляя средними параметрами, мы можем управлять турбулентностью. Например, изменяя диаметр трубы, мы управляем числом Рейнольдса, расходом топлива и скоростью заполнения бака ракеты.

[[Уравнения Навье — Стокса]] (обычные, а не усреднённые по какому-то интервалу времени) описывают и мягкую, и жёсткую потерю устойчивости течений. Их можно вывести тремя способами из общих законов сохранения: постулируя [[Закон трения Ньютона|закон трения Ньютона(обобщённый)]], следуя методу Чепмена-Энскога и из метода Грэда.

При вязкости равной нулю уравнения сводятся к [[Уравнение Эйлера|уравнению Эйлера]]. Точные решения уравнения Эйлера также хаотичны.

Общепринято считать проекцию вектора скорости на ось координат в турбулентном потоке, состоящей из '''средней''' или осреднённой величины, за некоторое выбранное время, и плюс '''мгновенной''' составляющей:
: <math>U=U_{mid}+ u' = 100 + 0,5</math> м/с.

Здесь <math>u'</math> — пульсационная составляющая или пульсация. Оказалось удобно ввести понятие '''степень турбулентности''':

: <math>e=\frac{100\%\cdot u'}{U_{mid}} = \frac{100\%\cdot 0,5}{100}=0,5\%.</math>

Для трёх осей:

: <math>e = \frac{u' + v' + w'}{U_{mid}}.</math>

Турбулентное течение с большим числом Рейнольдса называют '''развитой турбулентностью'''. При разных граничных условиях оно всегда приводит к созданию одного и того же профиля скоростей. Это свойство независимости параметров от числа Рейнольдса называют '''автомодельностью''' течения. Наблюдается экспериментально в струях или в пограничном слое.

Можно создать ''изотропную'' турбулентность, когда статистические параметры течения (функция распределения вероятности, дисперсия, моменты) одинаковы в направлении разных осей координат и не зависят от времени.

Теория однородной турбулентности (то есть, при очень больших числах Рейнольдса, когда её статистические параметры не зависят от времени и примерно постоянны в течении, но зависят от направления) была создана советскими учёными Обуховым и Колмогоровым. И использовалась затем во многих инженерных расчётах. Теория привела к созданию упрощённых полуэмпирических моделей течения: [[k-ε модель|k-ε]] (ка-эпсилон) и многих других.

Большинство течений жидкостей и газов в природе (движение воздуха в земной атмосфере, воды в [[река]]х и морях, газа в атмосферах Солнца и звёзд и в межзвёздных туманностях и т. п.), в технических устройствах (в трубах, каналах, струях, в пограничных слоях около движущихся в жидкости или газе твёрдых тел, в следах за такими телами и т. п.) турбулентны из-за наличия источников энергии и импульса, наличия внешних возмущающих сил или отсутствия сил сопротивления трения в квантовых жидкостях.

При процессах горения или химических реакциях на явление турбулентности накладываются множество других физических и химических процессов. Например, эффект конвекции, автоколебаний, гистерезиса. В этом случае говорят о турбулентной конвекции. Обычно принимается, что переход от [[Ламинарное течение|ламинарного]] течения к турбулентному происходит при достижении критического [[Число Рейнольдса|числа Рейнольдса]] (Re). Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения, его коэффициента вязкости, который зависит от температуры, которое зависит от давления (течение в круглой трубе, обтекание шара и т. п.). Например, для течения в круглой трубе <math>Re_{kp} \simeq 2300</math>. В последнее время показано, что это правомерно только для напорных потоков. Но удар по трубе, её резкое вращение или колебание могут вызвать появление турбулентности.

То есть, турбулентность может возникать самопроизвольно, а может в результате действий нескольких внешних сил.

При изучении течения жидкости через трубки малого диаметра французским врачом и учёным [[Пуазейль|Пуазейлем]] в 1840—1842 гг. выведена формула, по которой можно рассчитать расход воды через трубу.<ref>{{Cite web |url=http://gidb.ru/book_view.jsp?idn=014100&page=38&format=djvu |title=Титьенс О.N.. Гидро- и аэромеханика Том 2 Движение жидкостей с трением и технические приложения — Гидродинамика и газодинамика. Промышленное оборудование — насосы, компрессоры …<!-- Заголовок добавлен ботом --> |accessdate=2008-07-21 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20090213104458/http://gidb.ru/book_view.jsp?idn=014100&page=38&format=djvu |archivedate=2009-02-13 |deadlink=yes }}</ref><ref>{{Cite web |url=http://gidb.ru/book_view.jsp?idn=014100&page=39&format=djvu |title=Титьенс О.N.. Гидро- и аэромеханика Том 2 Движение жидкостей с трением и технические приложения — Гидродинамика и газодинамика. Промышленное оборудование — насосы, компрессоры …<!-- Заголовок добавлен ботом --> |accessdate=2008-07-21 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20090213104551/http://gidb.ru/book_view.jsp?idn=014100&page=39&format=djvu |archivedate=2009-02-13 |deadlink=yes }}</ref> До Пуазейля исследованием движения вязкой жидкости через трубы малого диаметра занимался [[Хаген, Готтхильф Генрих Людвиг|Хаген]] (1797—1884). При большом расходе формула оказалась неверной. Причина в том, что в трубе возникала турбулентность.

[[Стокс, Джордж Габриэль|Стоксом]], английским учёным-теоретиком были найдены решения уравнения движения вязкой жидкости для малых чисел Re (это второй закон Ньютона с добавками сил давления и сил вязкости), которые он вывел в 1845 г. для движения жидкости в круглой трубе. Затем он получил формулу силы сопротивления при равномерном движении шара в неограниченной жидкости в 1851 году. Её стали использовать для определения коэффициента динамической вязкости. Но решения совпали с опытом лишь при малых скоростях движения жидкости и диаметрах трубы и шара.

Причина этого расхождения была объяснена только опытами [[Рейнольдс, Осборн|Рейнольдса]] в [[1883 год в науке|1883 г.]] Он показал существование двух различных режимов движения жидкости — ламинарного и турбулентного — и нашёл один параметр — число Рейнольдса — который позволил предсказать наличие турбулентности для данного течения в трубе.

Это позволило Рейнольдсу в 1883 г. ввести положение, что течения одинакового типа (труба должна быть геометрически подобной) с одинаковым числом Рейнольдса подобны. Этот закон был назван '''законом подобия'''. Затем, на основе опытов, стала развиваться теория размерности и подобия.

Частичное описание развитой турбулентности в рамках математики XIX века предложил [[Ричардсон, Л.|Л. Ричардсон]] в начале XX века. Мешая ложкой чай в стакане, мы создаём вихри размером порядка размера стакана, ложки. Вязкость действует на течение тем сильнее, чем меньше характерный размер течения. Под характерным размером понимают какой-то геометрический параметр, сильно влияющий на течение. Диаметр стакана, его высота, ширина ложки. При большом числе Рейнольдса на эти крупномасштабные движения молекулярная вязкость действует слабо.

Уравнение движения жидкости (Навье-Стокса) нелинейно, так как скорость жидкости переносится самой скоростью и эти вихри неустойчивы. Они дробятся на более мелкие вихри, те на более мелкие. В конце концов на малых размерах вступает в действие молекулярная вязкость, и самые мелкие вихри затухают за счёт неё. Эта представление назвали прямой каскад (или переход от больших масштабов в меньшие).

В 1924 г. стала известна теория [[Прандтль, Людвиг|Людвига Прандтля]], которая была уточнена на основе экспериментов И. Никурадзе и многих других исследователей. Они изучили экспериментально турбулентные течения вблизи пластин, в шероховатых трубах и многих других телах. Л. Прандтль ввёл понятие длины перемешивания турбулентного моля — это грубая модель нелинейной волны, которая переносила импульс на некоторое расстояние, по аналогии с броуновским движением молекул. Очень общую модель перемешивания турбулентного моля, который переносит импульс в турбулентном движении впервые предложил [[Буссинеск, Жозеф Валантен|Ж. Буссинеск]]. Теория Л. Прандтля была более понятной практикам, экспериментаторам, учёным. Затем она была развита и уточнена Дж. И. Тейлором, Т. Карманом и позволила рассчитывать инженерам пристеночные течения в каналах, трубах, возле профилей крыльев. <!-- Смотрите книгу Г. Шлихтинга, Теория пограничного слоя, стр. 513—533 и [https://engstroy.spbstu.ru/userfiles/files/2013/6(41)/04.pdf].--> Затем начались поиски универсальных формул для распределения скоростей плоских и пространственных течений на пластинах, трубах. После этого появилась полуэмпирическая теория турбулентности ка-эпсилон А. Колмогорова. Этими задачами занимались сотни инженеров, учёных во многих странах мира. Сейчас происходит уточнение полуэмпирических моделей турбулентности, появление новых моделей. После появления супер компьютеров, удалось обсчитывать турбулентные течения вокруг профилей, крыльев, винтов, вентиляторов, пропеллера, самолётов, ракет, вертолётов с некоторой погрешностью, используя эмпирические модели турбулентности, а затем укороченные и полные несткэффициент поионарные уравнения Навье-Стокса. При анализе течений необходимо осреднять полученные поля скоростей, давлений из эксперимента или расчёта, то есть переходить от мгновенных трёхмерных полей распределений скоростей, давлений, ускорений к двухмерным функциям не зависящим от времени. Таким образом получают величину тяги авиадвигателя.

Отмечая заслуги [[Шлихтинг, Герман|Г. Шлихтинга]] в изучение ламинарно-турбулентного перехода малые нелинейные волны в вязкой жидкой (газообразной) среде названы его именем (волны Толлмина — Шлихтинга).

Есть разница между понятием турбулентность и турбулентное течение. Термин ''турбулентное течение'' возник в гидравлике. Затем были открыты квантовые жидкости. Их вязкость всегда равна нулю. Если подсчитать для них число Рейнольдса, оно всегда равно бесконечности, когда проекция вектора скорости не равна нулю. Само турбулентное течение может присутствовать в системе очень мелких вихрей, в некоторых малых частях среды. Поэтому, средняя скорость течения равна нулю, когда квантовая жидкость покоится в сосуде. Число Рейнольдса не определено (в числителе нулевая скорость, в знаменателе нулевая вязкость).

== Турбулентность в природе ==
{{дополнить раздел|дата=2018-02-17}}
Поскольку толщина [[Атмосфера Земли|земной атмосферы]] намного меньше земного радиуса, атмосфера Земли является двумерной системой и большинство погодных явлений ([[циклон]]ы, [[ураган]]ы и т. п.) могут рассматриваться как ''двумерные'' турбулентные вихри.
* [[Атмосферная турбулентность]] (см. [[Термодинамика атмосферы]])
* [[Турбулентность ясного неба]] в авиации
: ''см. также'': [[Астрономическая рефракция]]

== Турбулентность в технике ==
Турбулентность в [[Техника|технике]] стараются либо подавить, либо искусственно создать.

У самолётов ставят [[винглет]]ы — загнутые кверху законцовки крыла. Они экономят до 4 % топлива, так как при этом уменьшается размер и число образуемых за крылом вихрей, которые уносят с собой полезную кинетическую энергию (это так называемые волновые потери).

В тех случаях, когда возникает переходный режим от ламинарного к турбулентному, могут возникать колебания давления, [[Подъёмная сила|подъёмной силы]]. Поэтому по всей длине крыла ставят вихрегенераторы (изогнутые скобы). Они стабилизируют параметры потока. Течение после них всегда турбулентно. Поэтому подъёмная сила крыла постепенно растёт с увеличением скорости самолёта.

[[Топочный мазут|Топочные мазуты]] в энергетических установках для снижения вязкости перед сжиганием подогревают, затем в топке дополнительно турболизуют [[Перегретый пар|острым паром]]. Это повышает коэффициент полезного действия топочного котла путем более полного сгорания мазута и уменьшения зольных остатков.

== Исследования ==

=== в СССР ===
[[Российская империя|До 1917 года]] в [[Наука в России|российской науке]] пользовались термином '''беспорядочное течение'''. В [[1938 год в науке|1938 году]] [[Капица, Пётр Леонидович|Капицей]] было открыто турбулентное течение в квантовых средах — [[Сверхтекучий гелий-4|сверхтекучем гелии]] (в [[Жидкий гелий|жидком гелии]] есть два типа звука — первый и [[Второй звук в жидком гелии|второй]], они могут создавать волновую турбулентность на его поверхности).

В [[1941 год в науке|1941 году]] [[Колмогоров, Андрей Николаевич|А. Н. Колмогоровым]] и [[Обухов, Александр Михайлович|A. М. Обуховым]] создана теория однородной турбулентности для несжимаемых течений при больших числах [[Число Рейнольдса|Re]].

В  1946 г.  увидела свет  работа [[Великанов, Михаил Андреевич|М. А. Великанова]] «Кинематическая  структура  турбулентного  руслового  потока»,  где автор прослеживал целый ряд закономерностей в природе турбулентного потока и его влиянию на формирование речного русла<ref>Широкова В.А., Собисевич А.В. [https://www.academia.edu/50806936/ М. А. Великанов о циркуляции потока в русле и меандрирующих реках] // Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова. Годичная научная конференция, 2020. М, 2020. C. 563-565.</ref>.

Затем в 1960-е годы было начато изучение нелинейных волн, [[солитон]]ов.

В 1970-е годы в СССР [[Захаров, Владимир Евгеньевич|В. Е. Захаровым]] была изучена слабая или «волновая» турбулентность волн на поверхности воды (её называют ''вырожденной''). Турбулентность внутри сред назвали ''сильной''.
[[Миллионщиков, Михаил Дмитриевич|M. Д. Миллионщиков]] получил некоторые формулы для пограничного слоя с очень большим числом Re<ref>{{Cite web |url=http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t28-4_1970/go,33/ |title=Атомная энергия. Том 28, вып. 4. — 1970 — Электронная библиотека «История Росатома»<!-- Заголовок добавлен ботом --> |access-date=2019-12-10 |archive-date=2019-12-10 |archive-url=https://web.archive.org/web/20191210050510/http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t28-4_1970/go,33/ |url-status=live }}</ref>, решил задачу о затухании изотропной турбулентности в 1939 г.<ref>{{Cite web |url=https://www.eduspb.com/public/books/byograf/k_100-letiyu_millionshchikova.pdf |title=Источник |access-date=2019-12-10 |archive-date=2019-12-10 |archive-url=https://web.archive.org/web/20191210050513/https://www.eduspb.com/public/books/byograf/k_100-letiyu_millionshchikova.pdf |url-status=live }}</ref>. Его расчёты безразмерной скорости для вязких сред в зависимости от безразмерного расстояния от стенки показали «практическую эквивалентность» формул для распределения скорости в пограничном слое и трубе, это «…позволяет использовать для вычисления распределения скорости в трубе более простую формулу, полученную для распределения скорости в пограничном слое»<ref>{{Cite web |url=http://vesti-gas.ru/sites/default/files/attachments/69-75_stranicy_iz_vgn-razrabotka-2013-v28.pdf |title=Источник |access-date=2019-12-10 |archive-date=2019-12-10 |archive-url=https://web.archive.org/web/20191210050518/http://vesti-gas.ru/sites/default/files/attachments/69-75_stranicy_iz_vgn-razrabotka-2013-v28.pdf |url-status=live }}</ref>.

В [[1975 год в науке|1975 году]] введено понятие ''[[фрактал]]'', математиком [[Бенуа Мандельброт]]ом. А [[Постоянная Фейгенбаума|константа Фейгенбаума]], используемая при описании фрактальной среды с [[Детерминированный хаос|детерминированным хаосом]], была получена в [[1978 год в науке|1978]]. Тогда же был открыт ''сценарий Фейгенбаума'' (или ''субгармонический каскад'') — частный вид перехода к турбулентности.

Физикам было непонятно, почему при хаотическом движении, похожем на [[Броуновское движение|Броуновское]], в жидкости или газе вдруг миллиарды молекул сворачиваются в кольцо. В начале 80-х годов [[Климонтович, Юрий Львович|Ю. Л. Климонтович]], профессор МГУ им. Ломоносова, выдвинул гипотезу<ref name="klimont">Ю. Л. Климонтович, Статистическая теория открытых систем, Москва, ТОО Янус, 1995. − 624 с.</ref> о том, что турбулентность — это не хаотичное, а высокоорганизованное, упорядоченное течение. И что [[энтропия]] при переходе от ламинарного к турбулентному течению уменьшается. Поэтому спонтанно образуются различные структуры. Он предложил свой критерий, на основе «S-теоремы», по которому можно было рассчитать степень упорядоченности сплошной среды, используя величину производства энтропии. Он не знал, что сценарий Фейгенбаума и другие их виды встречаются в реальных турбулентных средах и считал, что модели сплошной среды недостаточно для появления турбулентности и в уравнении Навье — Стокса нет турбулентности. Поэтому даже для простого движения воды он вводил в уравнения некие искусственные дополнительные флуктуационные члены, что было ошибкой<ref name="klimont"/>.

Аналогично вводил дополнительные члены в уравнения сохранения импульса или движения [[Число Рейнольдса|О. Рейнольдс]].
При этом, его «[[S-теорема]]» была очень плохо изложена для экспериментаторов и было непонятно, как её применять в эксперименте и чем она лучше понятия [[К-энтропия|K-энтропии]]<ref name="klimont"/><ref>''П. Берже, И. Помо, К. Видаль''. Порядок в хаосе, О детерминистическом подходе к турбулентности, М, [[Мир (издательство)|Мир]], 1991, 368 с.</ref>. Она противоречила многолетней практике инженеров. Они часто использовали подход, когда энтропия была постоянной для течения (модель изэнтропического газа). Это было возможно, так как инженеры старались часто применять ламинарное течение вместо турбулентного. Они использовали потоки, где происходило ускорение потока, при этом течение реламиниризовалось (то есть турбулентность вырождалось в ламинарное течение).

В 2015 г. появились работы российских учёных о течении жидкости при очень больших числах Re в трубах<ref>[https://ufn.ru/ru/articles/2015/2/h/references.html] {{Wayback|url=https://ufn.ru/ru/articles/2015/2/h/references.html|date=20191210050510}} // [[Успехи физических наук|УФН]]</ref>.

== См. также ==
* [[Ламинарное течение]]
* [[Фрактал]]
* [[Гидравлический прыжок]]
* [[Цикл индекса]]

== Литература ==
{{Оформить литературу|дата=2010-06-22}}
; на русском языке
* ''Лойцянский Лев Герасимович'', «Ламинарный пограничный слой» (1962)
* ''Брэдшоу П.''  Введение в турбулентность и ее измерение. Перевод с английского В. Ф. Алымова, В. В. Альтова, В. С. Войтешонка, А. М. Дуюбинского, А. М. Кудина Под редакцией Г. С. Глушко, Издательство «МИР» Москва 1974.

* ''[[Митчел Фейгенбаум|Фейгенбаум M.]]'', Успехи Физических наук, 1983, т.141, с. 343 [перевод Los Alamos Science,1980,v.1, p. 4] [http://ufn.ru/ufn83/ufn83_10/Russian/r8310e.pdf].
* ''Ландау Л. Д, Лифшиц Е. М.'' Гидродинамика, — М.: Наука, 1986. — 736 с.
* ''[[Монин, Андрей Сергеевич|Монин А. С.]], [[Яглом, Акива Моисеевич|Яглом А. М.]]'', ''Статистическая гидромеханика.'' В 2-х ч. — Л: Гидрометеоиздат , Ч. 1, 1992. — 695 с;, М: Наука Ч. 2, 1967. — 720 с.
* ''[[Обухов, Александр Михайлович|Обухов А. М.]]'' Турбулентность и динамика атмосферы. Л: Гидрометеоиздат 1988.- 414 с. ISBN 5-286-00059-2
* ''Проблемы турбулентности.'' Сборник переводных статей под ред. М. А. Великанова и Н. Т. Швейковского. М.-Л.: ОНТИ, 1936. — 332 с.
* ''Гринвальд Д. И., Никора В. И.'' Речная турбулентность. Л.: Гидрометеоиздат. — 1988. — 152 с.
* ''Фрик П. Г.'' Турбулентность: модели и подходы. Курс лекций. Часть I. Пермь, ПГТУ, 1998. — 108 с. Часть II. — 136 с.
* ''Берже П., Помо И., Видаль К.'' Порядок в хаосе. О детерминистическом подходе к турбулентности, М.: Мир. — 1991. — 368 с.
* ''[[Глейк, Джеймс|Глейк Д.]]'' [http://www.infanata.org/science/1146125509-xaos-sozdanie-novoj-nauki.html Хаос, Создание новой науки], Penguin books, 1988. — 354 с. (написана журналистом для школьников и студентов)
* ''Голдстейн Г.'' Классическая механика. Кембридж, 1950. — 408 с.
* ''Аджемян Л. Ц., Налимов М. Ю.'' Принцип максимальной хаотичности в статистической теории развитой турбулентности. II. Изотропная затухающая турбулентность, 1992
* http://www.mathnet.ru/php/getFT.phtml?jrnid=tmf&paperid=5578&what=fullt&option_lang=rus
* http://www.mathnet.ru/php/getFT.phtml?jrnid=tmf&paperid=1497&what=fullt&option_lang=rus
* {{книга
 | автор           = Фрост У., Моулден Т.
 | заглавие      = Турбулентность. Принципы и применения
 | место          = М.
 | издательство  = Мир
 | год           = 1980
 | страниц    = 535
 | ref             = Турбулентность. Принципы и применения
 }}
* ''[[Миллионщиков, Михаил Дмитриевич|Миллионщиков М. Д.]]'' Основные закономерности турбулентного течения в пристеночных слоях. // журнал ,,Атомная энергия", т. 28, вып. 4, с. 317—320<ref>{{Cite web|url=http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t28-4_1970/go,33/|title=Атомная энергия. Том 28, вып. 4. — 1970 — Электронная библиотека «История Росатома»|publisher=elib.biblioatom.ru|accessdate=2019-12-10|archive-date=2019-12-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20191210050510/http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t28-4_1970/go,33/|deadlink=no}}</ref>
* Миллионщиков М. Д., Турбулентные течения в пограничном слое и трубах. М.: Наука, 1969.
* ''[[Шлихтинг, Герман|Г. Шлихтинг]]''. Теория пограничного слоя, 5-е изд, М.: Наука, 1974.
* ''Шерстюк А.Н.'' Турбулентный пограничный слой. - М., Энергия, 1974. - 272 с.

; на иностранных языках
* ''Reynolds O.'', An experimental investigation of the circumstances which determine whether the motion of water shall be direct or sinuous, and of the law of resistance in parallel channels. Phil. Trans. Roy. Soc., London, 1883, v.174.
* ''Feigenbaum M.'', Journal Stat. Physics, 1978, v.19, p. 25.
* ''Feigenbaum M.'', Journal Stat. Physics, 1979, v.21, p. 669.
* {{книга |заглавие=Fluid Mechanics, a short course for physicists |ссылка=http://www.weizmann.ac.il/complex/falkovich/fluid-mechanics |издательство=[[Издательство Кембриджского университета|Cambridge University Press]] |год=2011 |isbn=978-1-107-00575-4 |ref=Falkovich |язык=en |автор=Falkovich, G.}}
* ''Gustafson K.E.'' Introduction to partial differential equations and Hilbert space methods — 3rd ed.,1999
* Introducing Fractal Geometry, Nigel Lesmoir Gordon, Will Rood, Ralph Edney, Icon Books,Totem Books, 2000, 176 p.
* Recent Advances in Engineering Science (Springer — Verlag, Berlin. 1989), V. N. Nikolaevskii.
* http://www.lehigh.edu/~jdg4/publications/Ext_Chaos.pdf
* Dan Tanaka, Chemical turbulence equivalent to Nikolavskii turbulence, PHYSICAL REVIEW E 70, 015202(R), 2004

== Ссылки ==
* [https://www.youtube.com/watch?feature=plpp&v=9iS3o2ri3IQ Видеоролик, демонстрирующий на опыте ламинарное и турбулентное течения]

== Примечания ==
{{примечания}}
{{rq|wikify|cleanup|style}}
{{нет сносок|дата=2012-06-01}}
{{Внешние ссылки}}

{{Механическое движение}}

[[Категория:Турбулентность| ]]
[[Категория:Нерешённые проблемы современной физики]]
[[Категория:Адаптивная оптика]]