In der flüssigen Dynamik, der Turbulenz oder dem unruhigen Fluss ist ein durch chaotische und stochastische Eigentumsänderungen charakterisiertes Fluss-Regime. Das schließt niedrige Schwung-Verbreitung, hohe Schwung-Konvektion und schnelle Schwankung des Drucks und der Geschwindigkeit in der Zeit und Raum ein. Hofdichter von Nobel Richard Feynman hat Turbulenz als "das wichtigste ungelöste Problem der klassischen Physik beschrieben." Fluss, in dem die kinetische Energie wegen der Handlung der flüssigen molekularen Viskosität ausstirbt, wird Laminar-Fluss genannt. Während es keinen Lehrsatz gibt, der die nichtdimensionale Zahl von Reynolds (Re) mit der Turbulenz, Flüsse verbindet

an Zahlen von Reynolds, die größer sind als 100000, sind normalerweise (aber nicht notwendigerweise) unruhig, während diejenigen an niedrigen Zahlen von Reynolds gewöhnlich laminar bleiben. Im Pfeife-Fluss, zum Beispiel, kann Turbulenz zuerst gestützt werden, wenn die Zahl von Reynolds größer ist als ein kritischer Wert ungefähr 2040; außerdem wird in die Turbulenz allgemein den Laminar-Fluss bis zu einer größeren Zahl von Reynolds von ungefähr 3000 eingestreut. Im unruhigen Fluss erscheinen unsichere Wirbelwinde auf vielen Skalen und wirken mit einander aufeinander. Schleifen Sie wegen Grenzschicht-Hautreibungszunahmen. Die Struktur und Position der Grenzschicht-Trennung ändern sich häufig, manchmal auf die Verminderung der gesamten Schinderei hinauslaufend. Obwohl laminar-unruhiger Übergang durch die Zahl von Reynolds nicht geregelt wird, kommt derselbe Übergang vor, wenn die Größe des Gegenstands allmählich vergrößert wird, oder die Viskosität der Flüssigkeit vermindert wird, oder wenn die Dichte der Flüssigkeit vergrößert wird.

Eigenschaften

Turbulenz wird durch die folgenden Eigenschaften hoch charakterisiert:

Unregelmäßigkeit: Unruhige Flüsse sind immer hoch unregelmäßig. Das ist, warum Turbulenz-Probleme immer statistisch aber nicht deterministisch behandelt werden. Unruhiger Fluss ist immer chaotisch, aber nicht alle chaotischen Flüsse sind unruhig.

Diffusivity: Turbulenz wird mit dem schnellen Mischen hoch vereinigt. Einer der nützlichen Effekten der Turbulenz, es neigt dazu, den homogenization jeder ungleichförmigen flüssigen Mischung zu beschleunigen. Der Prozess, der jeden ungleichförmigen Staat eines Systems in ein gleichförmiges bringt, wird genannt sich vermischend, und wenn das System in seinem gleichförmigen Staat ist, wird das System ein homogenes System. Ein sich vermischender Prozess verlangt genügend Eingang der Energie, die in einem unruhigen Fluss sogleich verfügbar ist. Die Eigenschaft, die für das erhöhte Mischen und die vergrößerten Raten der Masse, des Schwungs und der Energietransporte in einem Fluss verantwortlich ist, wird als diffusivity betrachtet.

Unruhige Verbreitung wird gewöhnlich durch einen unruhigen Diffusionskoeffizienten beschrieben. Dieser unruhige Diffusionskoeffizient wird in einem phänomenologischen Sinn analog mit dem molekularen diffusivities definiert, aber es hat keine wahre physische Bedeutung, von den Fluss-Bedingungen und nicht einem Eigentum der Flüssigkeit selbst abhängig seiend. Außerdem nimmt das unruhige diffusivity Konzept eine bestimmende Beziehung zwischen einem unruhigen Fluss und dem Anstieg einer Mittelvariable an, die der Beziehung zwischen Fluss und Anstieg ähnlich ist, der für den molekularen Transport besteht. Im besten Fall ist diese Annahme nur eine Annäherung. Dennoch ist der unruhige diffusivity die einfachste Annäherung für die quantitative Analyse von unruhigen Flüssen, und, wie man verlangt hat, haben viele Modelle es berechnet. Zum Beispiel in großen Wassermassen wie Ozeane kann dieser Koeffizient mit dem vier dritten Macht-Gesetz von Richardson gefunden werden und wird durch den zufälligen Spaziergang-Grundsatz geregelt. In Flüssen und großen Ozeanströmen wird der Diffusionskoeffizient durch Schwankungen der Formel des Älteren gegeben.

Rotationality: Unruhige Flüsse haben Nichtnull vorticity und werden durch einen starken dreidimensionalen als das Wirbelwind-Ausdehnen bekannten Wirbelwind-Generationsmechanismus charakterisiert. In der flüssigen Dynamik sind sie im Wesentlichen Wirbelwinde, die dem Ausdehnen unterworfen sind, verbunden mit einer entsprechenden Zunahme des Bestandteils von vorticity in der sich streckenden Richtung — wegen der Bewahrung des winkeligen Schwungs. Andererseits ist Wirbelwind, der sich streckt, der Kernmechanismus, auf dem sich die Turbulenz-Energiekaskade verlässt, um die Struktur-Funktion zu gründen. Im Allgemeinen bedeutet der sich streckende Mechanismus, der Wirbelwinde in der Richtungssenkrechte zur sich streckenden Richtung wegen der Volumen-Bewahrung von flüssigen Elementen dünn zu werden. Infolgedessen zerfällt die radiale Länge-Skala der Wirbelwind-Abnahmen und der größeren Fluss-Strukturen unten in kleinere Strukturen. Der Prozess geht weiter, bis die kleinen Skala-Strukturen im Ausmaß klein genug sind, wo ihre kinetische Energie durch die molekulare Viskosität von Flüssigkeit überwältigt und in die Hitze zerstreut wird. Das ist, warum Turbulenz immer Rotations- und dreidimensional ist. Zum Beispiel sind atmosphärische Zyklone Rotations-, aber ihre wesentlich zweidimensionalen Gestalten erlauben Wirbelwind-Generation nicht und sind nicht unruhig auch. Andererseits sind ozeanische Flüsse dispersive, aber im Wesentlichen nicht Rotations- und sind deshalb nicht unruhig.

Verschwendung: Um Unruhigen Fluss zu stützen, ist eine unveränderliche Energiequelle-Versorgung erforderlich. Sonst zerstreut sich Turbulenz schnell, weil die kinetische Energie in die innere Energie durch die klebrige Scherspannung umgewandelt wird.

Turbulenz verursacht die Bildung von Wirbeln von vielen verschiedenen Länge-Skalen. Der grösste Teil der kinetischen Energie der unruhigen Bewegung wird in den groß angelegten Strukturen enthalten. Die Energie "fällt" von diesen groß angelegten Strukturen bis kleinere Skala-Strukturen durch einen Trägheits- und im Wesentlichen inviscid Mechanismus "wellig". Dieser Prozess geht weiter, kleinere und kleinere Strukturen schaffend, der eine Hierarchie von Wirbeln erzeugt. Schließlich schafft dieser Prozess Strukturen, die klein genug sind, dass molekulare Verbreitung wichtige und klebrige Verschwendung der Energie wird, schließlich findet statt. Die Skala, an der das geschieht, ist die Länge-Skala von Kolmogorov.

Energiekaskade: Unruhiger Fluss kann als eine Überlagerung eines Spektrums von Geschwindigkeitsschwankungen und Wirbeln auf über den Mittelfluss begriffen werden. Die Wirbel werden als zusammenhängende Muster der Geschwindigkeit, vorticity und des Drucks lose definiert. Unruhige Flüsse, können wie gemacht, aus einer kompletten Hierarchie von Wirbeln über eine breite Reihe von Länge-Skalen angesehen werden, und die Hierarchie kann durch das Energiespektrum beschrieben werden, das die Energie in Geschwindigkeitsschwankungen für jede Welle-Zahl misst. Die Skalen in der Energiekaskade sind allgemein unkontrollierbar und hoch nichtsymmetrisch. Dennoch gestützt auf diesen klettert Länge diese Wirbel können in drei Kategorien geteilt werden.

Integrierte Länge-Skalen: Größte Skalen im Energiespektrum. Diese Wirbel erhalten Energie vom Mittelfluss und auch von einander. So sind das die Energieproduktionswirbel, die den grössten Teil der Energie enthalten. Sie haben die große Geschwindigkeitsschwankung und sind in der Frequenz niedrig. Integrierte Skalen sind hoch anisotropic und werden in Bezug auf die normalisierten Zwei-Punkte-Geschwindigkeitskorrelationen definiert. Die maximale Länge dieser Skalen wird durch die charakteristische Länge des Apparats beschränkt. Zum Beispiel ist die größte integrierte Länge-Skala des Pfeife-Flusses dem Pfeife-Diameter gleich. Im Fall von der atmosphärischen Turbulenz kann diese Länge bis zur Ordnung von mehreren hundert Kilometern reichen.

Länge-Skalen von Kolmogorov: Kleinste Skalen im Spektrum, die die klebrige Teilschicht-Reihe bilden. In dieser Reihe sind der Energieeingang von nichtlinearen Wechselwirkungen und das Energieabflussrohr von der klebrigen Verschwendung im genauen Gleichgewicht. Die kleinen Skalen sind in der hohen Frequenz, die ist, warum Turbulenz lokal isotropisch und homogen ist.

Mikroskalen von Taylor: Das Zwischenglied klettert zwischen dem größten und den kleinsten Skalen, die den Trägheitsteilbereich machen. Mikroskalen von Taylor sind nicht dissipative klettern, aber überliefert die Energie vom größten bis das kleinste ohne Verschwendung. Etwas Literatur betrachtet Mikroskalen von Taylor als eine charakteristische Länge-Skala nicht und denkt, dass die Energiekaskade nur die größten und kleinsten Skalen enthält; während später sowohl den Trägheitsteilbereich als auch die Schicht des klebrigen U-Boots anpassen. Dennoch klettert Taylor mikro wird häufig im Beschreiben des Begriffes "Turbulenz" günstiger verwendet, weil diese Mikroskalen von Taylor eine dominierende Rolle in der Energie und Schwung-Übertragung im wavenumber Raum spielen.

Obwohl es möglich ist zu finden, dass einige besondere Lösungen Gleichungen Navier-schüren, flüssige Bewegung regelnd, sind alle diese Lösungen an großen Zahlen von Reynolds nicht stabil. Die empfindliche Abhängigkeit von den anfänglichen und Grenzbedingungen macht Flüssigkeitsströmung unregelmäßig sowohl rechtzeitig als auch im Raum, so dass eine statistische Beschreibung erforderlich ist. Russischer Mathematiker Andrey Kolmogorov hat die erste statistische Theorie der Turbulenz vorgeschlagen, die auf dem oben erwähnten Begriff der Energiekaskade (eine Idee ursprünglich gestützt ist, die von Richardson eingeführt ist) und das Konzept der Selbstähnlichkeit. Infolgedessen wurden die Mikroskalen von Kolmogorov nach ihm genannt. Es ist jetzt bekannt, dass die Selbstähnlichkeit so gebrochen wird, wird die statistische Beschreibung jetzt modifiziert. Und doch, eine ganze Beschreibung der Turbulenz bleibt eines der ungelösten Probleme in der Physik.

Gemäß einer apokryphischen Geschichte wurde Werner Heisenberg gefragt, was er Gott in Anbetracht der Gelegenheit fragen würde. Seine Antwort war: "Wenn ich Gott treffe, bin ich dabei, ihm zwei Fragen zu stellen: Warum Relativität? Und warum Turbulenz? Ich glaube wirklich, dass er eine Antwort für das erste haben wird." Eine ähnliche witzige Bemerkung ist Horace Lamb zugeschrieben worden (wer ein bekanntes Textbuch auf der Wasserdrucklehre veröffentlicht hatte) — seine Wahl, die Quant-Elektrodynamik (statt der Relativität) und Turbulenz ist. Lamb wurde in einer Rede zur britischen Vereinigung für die Förderung der Wissenschaft zitiert, "Ich bin ein alter Mann jetzt, und wenn ich sterbe und zum Himmel gehe, gibt es zwei Sachen, auf denen ich auf die Erläuterung hoffe. Man ist Quant-Elektrodynamik, und der andere ist die unruhige Bewegung von Flüssigkeiten. Und über den ersteren bin ich ziemlich optimistisch."

Eine ausführlichere Präsentation der Turbulenz mit der Betonung auf dem hohen-Reynolds Zahl-Fluss, der für einen allgemeinen Leserkreis von Physikern und angewandten Mathematikern beabsichtigt ist, wird in den Artikeln Scholarpedia von R. Benzi und U gefunden. Frisch. und durch G. Falkovich.

Beispiele der Turbulenz

• Rauch, der sich von einer Zigarette erhebt, ist unruhiger Fluss. Für die ersten paar Zentimeter ist der Fluss sicher laminar. Dann wird Rauch unruhig, als seine Zahl von Reynolds zunimmt, wie seine charakteristische und Geschwindigkeitslänge beide zunimmt.
• Fließen Sie über einen Golfball. (Das kann am besten verstanden werden, indem es der Golfball gedacht wird, mit Luft stationär zu sein, die darüber fließt.), Wenn der Golfball glatt war, würde der Grenzschicht-Fluss über die Vorderseite des Bereichs laminar an typischen Bedingungen sein. Jedoch würde sich die Grenzschicht früh als der Druck-Anstieg trennen, der vom günstigen (Druck geschaltet ist, der in der Fluss-Richtung abnimmt) zum ungünstigen (Druck, der in der Fluss-Richtung zunimmt), ein großes Gebiet des Tiefdrucks hinter dem Ball schaffend, der hohe Form-Schinderei schafft. Um das davon abzuhalten, zu geschehen, ist die Oberfläche mit Grübchen, um die Grenzschicht zu stören und Übergang zur Turbulenz zu fördern. Das läuft auf höhere Hautreibung hinaus, aber bewegt den Punkt der Grenzschicht-Trennung weiter vorwärts, das Hinauslaufen bildet tiefer Schinderei und senkt gesamte Schinderei.
• Das Mischen von warmer und kalter Luft in der Atmosphäre durch den Wind, der Turbulenz der klaren Luft verursacht, die während des Flugzeug-Flugs, sowie schlechten astronomischen Sehens erfahren ist (das Verschmieren von durch die Atmosphäre gesehenen Images.)
• Der grösste Teil des atmosphärischen Landumlaufs
• Die ozeanischen und atmosphärischen Mischschichten und intensiven ozeanischen Ströme.
• Die Fluss-Bedingungen in vieler Industrieausrüstung (wie Pfeifen, Kanäle, Ausfällapparate, Benzin scrubbers, dynamische gekratzte Oberflächenhitzeex-Wechsler, usw.) und Maschinen (zum Beispiel, innere Verbrennungsmotoren und Gasturbinen).
• Der Außenfluss über die ganze Art von Fahrzeugen wie Autos, Flugzeuge, Schiffe und Unterseeboote.
• Die Bewegungen der Sache in Sternatmosphären.
• Ein Strahlerschöpfen von einer Schnauze in eine ruhige Flüssigkeit. Da der Fluss in diese Außenflüssigkeit erscheint, mähen Sie Schichten, die an den Lippen der Schnauze entstehen, werden geschaffen. Diese Schichten trennen das schnelle bewegende Strahl von der Außenflüssigkeit, und an einer bestimmten kritischen Zahl von Reynolds werden sie nicht stabil und brechen zur Turbulenz zusammen.
• Rennwagen, die unfähig sind, einander durch schnelle Ecken wegen der Turbulenz zu folgen, die durch das Hauptauto geschaffen ist, das verursacht, untersteuern.
• In windigen Bedingungen werden Lastwagen, die auf der Autobahn sind, durch ihr Kielwasser herumgestoßen.
• Brücke unterstützt (Anlegestege) in Wasser. Gegen Ende des Sommers und Herbstes, wenn Flussfluss langsame Wasserflüsse glatt um die Unterstützungsbeine ist. Im Frühling, wenn der Fluss schneller ist, wird eine höhere Zahl von Reynolds mit dem Fluss vereinigt. Der Fluss kann laminar beginnen, aber wird vom Bein schnell getrennt und wird unruhig.
• In vielen geophysikalischen Flüssen (Flüsse, atmosphärische Grenzschicht), wird die Fluss-Turbulenz durch die zusammenhängenden Struktur-Tätigkeiten beherrscht und hat unruhige Ereignisse vereinigt. Ein unruhiges Ereignis ist eine Reihe von unruhigen Schwankungen, die mehr Energie enthalten als die durchschnittliche Fluss-Turbulenz. Die unruhigen Ereignisse werden mit zusammenhängenden Fluss-Strukturen wie Wirbel und das unruhige Bersten vereinigt, und sie spielen eine kritische Rolle in Bezug auf Bodensatz, scheuern Zunahme und transportieren in Flüssen sowie dem Verseuchungsstoff-Mischen und der Streuung in Flüssen und Flussmündungen, und in der Atmosphäre.
• Im medizinischen Feld der Kardiologie wird ein Stethoskop verwendet, um Herztöne und bruits zu entdecken, die wegen des unruhigen Blutflusses sind. In normalen Personen sind Herztöne ein Produkt des unruhigen Flusses, weil Herzklappen schließen. Jedoch in einigen Bedingungen kann unruhiger Fluss wegen anderer Gründe, einige von ihnen pathologisch hörbar sein. Zum Beispiel, in fortgeschrittenem atherosclerosis, bruits (und deshalb unruhiger Fluss) kann in einigen Behältern gehört werden, die durch den Krankheitsprozess eingeengt worden sind.

Hitze und Schwung-Übertragung

Wenn Fluss unruhig ist, stellen Partikeln zusätzliche Querbewegung aus, die die Rate der Energie und des Schwung-Austausches zwischen ihnen so Erhöhung der Wärmeübertragung und des Reibungskoeffizienten erhöht.

Nehmen Sie für einen zweidimensionalen unruhigen Fluss an, dass man im Stande gewesen ist, einen spezifischen Punkt in der Flüssigkeit ausfindig zu machen und die wirkliche Geschwindigkeit jeder Partikel zu messen, die diesen Punkt zu jeder vorgegebenen Zeit durchgeführt hat. Dann würde man die wirkliche Geschwindigkeit finden, die über einen Mittelwert schwankt:

\text {bösartig} \\

\text {schätzen }\

\end {smallmatrix}} + \underbrace} _ {\\Text {Schwankung} }\\Text {}\\Text {} = \overline} + </Mathematik>

und ähnlich für die Temperatur und den Druck, wo die primed Mengen zum bösartigen superaufgestellte Schwankungen anzeigen.

Diese Zergliederung einer Fluss-Variable in einen Mittelwert und eine unruhige Schwankung wurde von Osborne Reynolds 1895 ursprünglich vorgeschlagen und wird betrachtet, der Anfang der systematischen mathematischen Analyse des unruhigen Flusses als ein Teilfeld der flüssigen Dynamik zu sein. Während die Mittelwerte als voraussagbare durch Dynamik-Gesetze bestimmte Variablen genommen werden, werden die unruhigen Schwankungen als stochastische Variablen betrachtet.

Der Hitzefluss und die Schwung-Übertragung (vertreten durch die Scherspannung) in der Richtung, die zum Fluss seit einer gegebenen Zeit normal ist, sind

& q =\underbrace\rho {T} '} _ {\\Text {experimenteller Wert}} = - }\\frac {\\teilweiser \overline {T}} {\\teilweise y\\\

& \tau = \underbrace {-\rho \overline}} _ {\\Text {experimenteller Wert}} = }\\frac {\\teilweiser \overline}} {\\teilweise y\\\

\end {richten} </Mathematik> {aus}

wo die Hitzekapazität am unveränderlichen Druck ist, die Dichte der Flüssigkeit ist, der Koeffizient der unruhigen Viskosität ist und das unruhige Thermalleitvermögen ist.

Die Theorie von Kolmogorov von 1941

Der Begriff von Richardson der Turbulenz war, dass ein unruhiger Fluss durch "Wirbel" verschiedener Größen zusammengesetzt wird. Die Größen definieren eine charakteristische Länge-Skala für die Wirbel, die auch durch Geschwindigkeitsskalen und zeitliche Rahmen (Umsatz-Zeit) Abhängiger auf der Länge-Skala charakterisiert werden. Die großen Wirbel sind nicht stabil und zerbrechen schließlich entstehende kleinere Wirbel, und die kinetische Energie des anfänglichen großen Wirbels wird in die kleineren Wirbel geteilt, die davon gestammt haben. Diese kleineren Wirbel erleben denselben Prozess, noch kleinere Wirbel verursachend, die die Energie ihres Vorgänger-Wirbels und so weiter erben. Auf diese Weise wird die Energie von den großen Skalen der Bewegung zu kleineren Skalen bis zum Erreichen einer genug kleinen solcher Länge-Skala überliefert, dass die Viskosität der Flüssigkeit die kinetische Energie in die innere Energie effektiv zerstreuen kann.

In seiner ursprünglichen Theorie von 1941 hat Kolmogorov verlangt, dass für die sehr hohe Zahl von Reynolds die kleine Skala unruhige Bewegungen statistisch isotropisch sind (d. h. keine bevorzugte Raumrichtung wahrgenommen werden konnte). Im Allgemeinen sind die großen Skalen eines Flusses nicht isotropisch, da sie durch die besonderen geometrischen Eigenschaften der Grenzen bestimmt werden (die Größe, die die großen Skalen charakterisiert, wird als L angezeigt). Die Idee von Kolmogorov bestand darin, dass in der Energiekaskade von Richardson diese geometrische und gerichtete Information verloren wird, während die Skala reduziert wird, so dass die Statistik der kleinen Skalen einen universalen Charakter hat: Sie sind dasselbe für alle unruhigen Flüsse, wenn die Zahl von Reynolds genug hoch ist.

So hat Kolmogorov eine zweite Hypothese eingeführt: Weil sehr hohe Zahlen von Reynolds die Statistik von kleinen Skalen durch die Viskosität und die Rate der Energieverschwendung allgemein und einzigartig bestimmt werden. Mit nur diesen zwei Rahmen ist die einzigartige Länge, die durch die dimensionale Analyse gebildet werden kann

:.

Das ist heute als die Länge-Skala von Kolmogorov bekannt (sieh Mikroskalen von Kolmogorov).

Ein unruhiger Fluss wird durch eine Hierarchie von Skalen charakterisiert, durch die die Energiekaskade stattfindet. Die Verschwendung der kinetischen Energie findet an Skalen der Ordnung der Länge von Kolmogorov statt, während der Eingang der Energie in die Kaskade aus dem Zerfall der großen Skalen des Auftrags L kommt. Diese zwei Skalen an den Extremen der Kaskade können sich durch mehrere Größenordnungen an hohen Zahlen von Reynolds unterscheiden. Zwischen gibt es eine Reihe von Skalen (jeder mit seiner eigenen charakteristischen Länge r), der sich auf Kosten der Energie der großen geformt hat. Diese Skalen sind im Vergleich zur Länge von Kolmogorov sehr groß, aber noch im Vergleich zum in großem Umfang vom Fluss sehr klein (d. h.). . Da Wirbel in dieser Reihe viel größer sind als die dissipative Wirbel, die an Skalen von Kolmogorov bestehen, wird kinetische Energie im Wesentlichen in dieser Reihe nicht zerstreut, und es wird kleineren Skalen bloß übertragen, bis klebrige Effekten wichtig werden, weil der Ordnung der Skala von Kolmogorov genähert wird. Innerhalb dieser Reihe sind Trägheitseffekten noch viel größer als klebrige Effekten, und es ist möglich anzunehmen, dass Viskosität keine Rolle in ihrer inneren Dynamik spielt (aus diesem Grund, wird diese Reihe "Trägheitsreihe" genannt).

Folglich war eine dritte Hypothese von Kolmogorov, dass an der sehr hohen Zahl von Reynolds die Statistiken von Skalen in der Reihe durch die Skala r und die Rate der Energieverschwendung allgemein und einzigartig bestimmt werden.

Der Weg, auf den die kinetische Energie über die Vielfältigkeit von Skalen verteilt wird, ist eine grundsätzliche Charakterisierung eines unruhigen Flusses. Für die homogene Turbulenz (d. h. statistisch invariant laut Übersetzungen des Bezugsrahmens) wird das gewöhnlich mittels der Energiespektrum-Funktion getan, wo k das Modul des wavevector entsprechend einigen Obertönen in einer Darstellung von Fourier des Fluss-Geschwindigkeitsfeldes u (x) ist:

:

wo û (k) der Fourier ist, verwandeln sich vom Geschwindigkeitsfeld. So E (k) vertritt dk den Beitrag zur kinetischen Energie von allen Weisen von Fourier mit k,

wo die kinetische unruhige Mittelenergie des Flusses ist. Die wavenumber k entsprechend der Länge klettern r ist. Deshalb, durch die dimensionale Analyse, ist die einzige mögliche Form für die Energiespektrum-Funktion gemäß mit der Hypothese des dritten Kolmogorovs

:

wo C eine universale Konstante sein würde. Das ist eines der berühmtesten Ergebnisse der 1941-Theorie von Kolmogorov, und beträchtliche experimentelle Beweise haben angewachsen, der es unterstützt.

Trotz dieses Erfolgs ist Theorie von Kolmogorov zurzeit unter der Revision. Diese Theorie nimmt implizit an, dass die Turbulenz an verschiedenen Skalen statistisch selbstähnlich ist. Das bedeutet im Wesentlichen, dass die Statistiken Skala-invariant in der Trägheitsreihe sind. Eine übliche Weise, unruhige Geschwindigkeitsfelder zu studieren, ist mittels der Geschwindigkeitszunahme:

:;

d. h. der Unterschied in der Geschwindigkeit zwischen Punkten, die durch einen Vektoren r getrennt sind (da die Turbulenz isotropisch angenommen wird, hängt die Geschwindigkeitszunahme nur vom Modul von r ab).

Geschwindigkeitszunahme ist nützlich, weil sie die Effekten von Skalen der Ordnung der Trennung r betonen, wenn Statistiken geschätzt werden. Die statistische Skala-invariance deutet an, dass das Schuppen der Geschwindigkeitszunahme mit einer einzigartigen kletternden Hochzahl, so dass vorkommen sollte, wenn r durch einen Faktor, erklettert wird

:

sollte denselben statistischen Vertrieb wie haben

:

mit dem Unabhängigen der Skala r. Von dieser Tatsache und anderen Ergebnissen der 1941-Theorie von Kolmogorov, hieraus folgt dass die statistischen Momente der Geschwindigkeitszunahme (bekannt als Struktur-Funktionen in der Turbulenz) als klettern sollten

:

wo die Klammern den statistischen Durchschnitt und den anzeigen, universale Konstanten sein.

Es gibt beträchtliche Beweise, dass unruhige Flüsse von diesem Verhalten abgehen. Die kletternden Hochzahlen gehen vom durch die Theorie vorausgesagten N/3-Wert ab, eine nichtlineare Funktion des Auftrags n der Struktur-Funktion werdend. Die Allgemeinheit der Konstanten ist auch infrage gestellt worden. Für niedrige Ordnungen ist die Diskrepanz mit dem Kolmogorov n/3 Wert sehr klein, die den Erfolg der Theorie von Kolmogorov in Rücksichten auf die niedrige Ordnung statistische Momente erklären. Insbesondere ihm kann das gezeigt werden

wenn das Energiespektrum einem Macht-Gesetz folgt

:

damit

:.

Da die experimentellen Werte, die für die zweite Ordnungsstruktur-Funktion nur erhalten sind, ein bisschen vom durch die Theorie von Kolmogorov vorausgesagten 2/3-Wert abgehen, ist der Wert für p sehr in der Nähe von 5/3 (Unterschiede sind ungefähr 2 %). So wird der "Kolmogorov-5/3 Spektrum" allgemein in der Turbulenz beobachtet. Jedoch für hohe Ordnungsstruktur-Funktionen ist der Unterschied mit dem Kolmogorov, der klettert, bedeutend, und die Depression der statistischen Selbstähnlichkeit ist klar. Dieses Verhalten und der Mangel an der Allgemeinheit der Konstanten, sind mit dem Phänomen der Periodizität in der Turbulenz verbunden. Das ist ein wichtiges Gebiet der Forschung in diesem Feld, und eine Hauptabsicht der modernen Theorie der Turbulenz ist zu verstehen, was in der Trägheitsreihe wirklich universal ist.

Siehe auch

• Das astronomische Sehen
• Atmosphärische Streuung, modellierend
• Verwirrungstheorie
• Turbulenz der klaren Luft
• Theorie von Constructal
• Abwinde
• Wirbel-Kovarianz
• Flüssige Dynamik
• Gleichung von Darcy-Weisbach
• Wirbel
• Navier-schürt Gleichungen
• Große Wirbel-Simulation
• Das Gesetz von Poiseuille
• Lagrangian zusammenhängende Struktur
• Turbulenz kinetische Energie
• Mesocyclones
• Zahl von Reynolds
• Schwingen, das bowlt
• Mikroskala von Taylor
• Turbulenz, modellierend
• Velocimetry
• Wirbelwind
• Wirbelwind-Generator
• Kielwasser-Turbulenz
• Welle-Turbulenz
• Flügelspitze-Wirbelwinde
• Windkanal

Verweisungen und Zeichen

Weiterführende Literatur

Allgemein

• G Falkovich und K.R. Sreenivasan. Lehren von der hydrodynamischen Turbulenz, Physik Heute, vol. 59, Nr. 4, Seiten 43-49 (April 2006)

.http://www.phy.olemiss.edu/~jgladden/phys510/spring06/turbulence.pdf

• U. Frisch. Turbulenz: Das Vermächtnis von A. N. Kolmogorov. Universität von Cambridge Presse,

1995.http://www.cambridge.org/catalogue/catalogue.asp?isbn=9780521457132

• P. A. Davidson. Turbulenz - Eine Einführung für Wissenschaftler und Ingenieure. Presse der Universität Oxford, 2004.
• J. Cardy, G. Falkovich und K. Gawedzki (2008) Nichtgleichgewicht statistische Mechanik und Turbulenz. Universität von Cambridge Presse

http://www.cambridge.org/gb/knowledge/isbn/item1164939/?site_locale=en_GB

• G Falkovich. Flüssige Mechanik (Ein kurzer Kurs für Physiker). Universität von Cambridge Presse, 2011.

http://www.cambridge.org/gb/knowledge/isbn/item6173728/?site_locale=en_GB

• P. A. Durbin und B. A. Pettersson Reif. Statistische Theorie und für Unruhige Flüsse Modellierend. Johns Wiley & Sons, 2001.
• T. Bohr, M.H. Jensen, G. Paladin und A.Vulpiani. Dynamische Systemannäherung an die Turbulenz, Universität von Cambridge Presse,

1998.http://www.cambridge.org/catalogue/catalogue.asp?isbn=9780521475143

Ursprüngliche wissenschaftliche Forschungsarbeiten und klassische Monografien

• übersetzt ins Englisch durch

übersetzt ins Englisch durch

• G. K. Batchelor, Die Theorie der homogenen Turbulenz. Universität von Cambridge Presse, 1953.

Außenverbindungen

• Zentrum für die Turbulenz-Forschung, Universität von Stanford
• Wissenschaftlicher amerikanischer Artikel
• Luftturbulenz-Vorhersage
• internationale CFD Datenbank iCFDdatabase
• Flüssige Mechanik-Website mit dem Kino, Q&A, usw.