Википедия Турбуленттілік
жүктеу/скачать 73,17 Kb.
|
Айдана турбулентность
|
Википедия Турбуленттілік – сұйықтықтың соңғы массасының газ молекулаларына ұқсас ретсіз, бей-берекет, әр түрлі бағытта қозғалуы. Турбулентті қозғалыс кезінде сұйықтықтың бөлшектері өзара араласып, ағынның кез келген нүктесіндегі жылдамдық үнемі белгілі бір орташа мәннің айналасында және оның бағыты, шамасы бойынша да өзгеріп отырады. Бұл құбылыс — жылдамдық лүпілі, яғни турбуленттілік қозғалысының шын мәніндегі бірқалыпсыз қозғалысы, өйткені оның жылдамдығы үздіксіз әрі үнемі уақыт бойынша ешбір зандылыққа бағынбай өзгеріп отырады. Қарастырылып отырған уақыт мезгіліндегі турбуленттік ағыс механизмі күрделі жылдамдықтың мұндай ретсіз өзгеруі ағындының бір нүктесінен екінші нүктесіне көшу кезінде де байқалады. Турбуленттік ағыстағы сұйық — бөлшектерінің қарқынды араласуы және сұйық бөлшектері қозғалыс траекториясының күрделілігімен түсіндіріледі. Сол қозғалыс үстінде олар ағынның бағытынан күрделі траектория бойынша ауытқып отырады. Жьлдамдық пен қысым лүпілі, яғни ағынның әр нүктесінде болып отыратын үздіксіз өзгеріс сұйықтықтың турбуленттілік қозғалысының өзіне тән ерекшелігі ретінде түсіндіріледі. Бұл лүпілдер белгілі бір мөлшерде кездейсоқ сипатқа ие. Жылдамдықтың лүпілдік өзгерісін оның бағыты бойынша өзгеріп отыратын нүктенің уақыт бойынша орташаланған жылдамдығына үстеме ретінде қарастыруға болады. Лүпілдік қозғалыс сұйықтардың іргелес қабаттарының араласуын немесе турбулентті араласу проңесін тудырады. Турбуленттілік лүпіл жиілігі бойынша ажыратылады: 1) жиілігі төмен лүпілдер сызықтық өлшемі ағын тереңдігімен бірдей немесе одан да артық турбуленттік ағынмен қозғалатын анағұрлым ірі құйындар туғызады; 2) жиілігі жоғары лүпілдер кіші құйындардың таралуына байланысты, соңғысы ірі құйындардың ішінде болады және олардың арасындағы бос кеңістікті толықтырады. Егер ағынның барлық нүктелеріндегі жылдамдық өрісінің орташаланған барлық сипаттамалары бірдей болса, онда турбуленттілік ағыс біртекті деп аталады. Басқаша айтқанда, біртекті турбуленттілік ағыс барлық нүктелердің бірдей жағдайда болуымен сипатталады. Егер жылдамдықтар арасындағы корреляция коэффициенті координатор жүйесін кез келген бағытқа бұрған кезде де өз мәнін сақтап қалатын болса, онда турбуленттілік ағыс изотронды деп аталады. Изотронды турбуленттілік ағыс әр түрлі бағыттардың тепе-тендігімен әрі басым бағыттардың жоқтығымен сипатталады. Сұйықтықтың турбулентті қозғалысы кезінде ағын мынадай екі аймақпен сипатталады: 1) меншікті турбулентті режім; 2) үйкеліс күшінің қатысуымен құйын тудырып, ағынның барлық қабатына таралатын, қабырғаға тікелей жанасатын шекаралық аймақ. Шекаралық аймақты турбуленттік қозғалысқа рейнольде санының ықтимал мәнінде жүзеге асырады. Перевод Турбуленттілік жаңа сөз емес. Сіз оны ұшу кезінде кенеттен дірілдегенді сипаттайтын сөз ретінде білесіз. Дегенмен, сұйықтықтар механикасындағы турбуленттілік мүлдем басқа мәселе. Техникалық түрде «таза ауа турбуленттігі» деп аталатын ұшу турбуленттігі әртүрлі жылдамдықпен қозғалатын екі әуе денелері кездескен кезде пайда болады. Физиктер сұйықтықтардағы бұл турбуленттілік құбылысын түсіндіруде қиналады. Математиктер бұл туралы қорқынышты түс көреді. Сұйықтардағы турбуленттілік бізді барлық жерде қоршайды. Краннан ағып жатқан ағын сұйықтықтың хаотикалық бөлшектеріне толығымен ыдырайды, бұл кранды ашқан кезде алатын жалғыз ағыннан өзгеше. Бұл мектеп оқушылары мен студенттерге құбылысты түсіндіру үшін қолданылатын турбуленттіліктің классикалық мысалдарының бірі. Турбуленттілік табиғатта кең таралған және әртүрлі геофизикалық және мұхиттық ағыстарда кездеседі. Бұл инженерлер үшін де маңызды, себебі ол көбінесе турбиналық қалақтардың, клапандардың және басқа компоненттердің үстіндегі ағындардан туындайды. Турбуленттілік жылдамдық пен қысым сияқты айнымалылардың кездейсоқ ауытқуларымен сипатталады. Турбуленттілік тақырыбы бойынша көптеген эксперименттер жүргізіліп, көптеген эмпирикалық деректер алынғанымен, біз сұйықтықтағы турбуленттілікке не себеп болатыны, оның қалай басқарылатыны және осы хаосқа нақты не әкелетіні туралы сенімді теориядан әлі алыспыз. Сұйықтықтың қозғалысын анықтайтын теңдеулерді — Навье-Стокс теңдеулерін талдау өте қиын болғандықтан есепті шешу одан әрі қиындайды. Ғалымдар құбылысты зерттеу үшін тәжірибелер мен теориялық жеңілдетулермен қатар өнімділігі жоғары есептеу техникасына жүгінеді, бірақ турбуленттіктің толық теориясы жоқ. Осылайша, сұйықтықтың турбуленттігі бүгінгі күні физикадағы ең маңызды шешілмеген мәселелердің бірі болып қала береді. Нобель сыйлығының лауреаты Ричард Фейнман оны «классикалық физикадағы ең маңызды шешілмеген мәселе» деп атады. Кванттық физик Вернер Гейзенбергтен Құдайдың алдында тұра ала ма және одан кез келген нәрсені сұрауға мүмкіндік бере ме, бұл не еді деп сұрағанда, физик былай деп жауап берді: «Мен оған екі сұрақ қояр едім. Неліктен салыстырмалылық? Ал неліктен турбуленттілік? Оның бірінші сұрағына міндетті түрде жауабы болады деп ойлаймын». Digit.in профессор Роддам Нарасимхамен сөйлесу мүмкіндігіне ие болды және ол мынаны айтты: «Бүгін біз ағынның өзі туралы тәжірибелік деректерге сілтеме жасамай-ақ қарапайым турбулентті ағындарды болжай алмаймыз. Мысалы, қазіргі уақытта турбулентті ағыны бар құбырдағы қысымның жоғалуын болжау мүмкін емес, бірақ эксперименттерден алынған деректерді ақылды пайдалану арқылы бұл белгілі болады. Негізгі мәселе мынада, бізді қызықтыратын турбулентті ағын есептері әрдайым дерлік жоғары сызықты емес және мұндай жоғары сызықты емес есептерді шығара алатын математика жоқ сияқты. Көптеген физиктер арасында олардың тақырыбы бойынша жаңа мәселе туындаған кезде, әйтеуір, сиқырдың көмегімен оны шешуге қажетті математика кенеттен ойлап табылған сияқты көрінеді деген ортақ сенім бұрыннан бар. Турбуленттілік мәселесі бұл ережеден ерекшелікті көрсетеді. Мәселені реттейтін заңдар жақсы белгілі және қалыпты жағдайда қысымға ұшырамайтын қарапайым сұйықтықтар үшін Навье-Стокс теңдеуінде қамтылған. Бірақ шешімдер әлі белгісіз. Қазіргі математика турбуленттілік мәселесін шешуде тиімсіз. Ричард Фейнман айтқандай, турбуленттілік классикалық физикадағы ең үлкен шешілмеген мәселе болып қала береді». Турбуленттік зерттеулердің маңыздылығы есептеу техникасының жаңа буынын тудырды. Турбуленттілік теориясын шешу ғылымға ауа райының жақсы болжамын жасауға, энергияны үнемдейтін автомобильдер мен ұшақтарды жобалауға және әртүрлі табиғи құбылыстарды жақсы түсінуге мүмкіндік береді. жүктеу/скачать 73,17 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|