Источник: Э.В. Шпольский, "Успехи физических наук". УЧПЕДГИЗ НАРКОМПРОСА РСФСР, 1939
     

Начнем с рассмотрения определения турбулентности, данного Тейлором: «Турбулентность есть нерегулярное движение, наблюдаемое в жидкостях и газах, когда они текут вдоль твердых поверхностей, или когда два слоя текут один по другому».

     Ударение в этом определении лежит на слове «нерегулярное». Тейлор прибавляет далее: «Действительное движение обычно столь нерегулярно, что детали его мало известны».

     Естественно возникает вопрос, почему же мы интересуемся столь лерегулярным явлением и какие у нас основания надеяться, что его изучение приведет к практическим результатам?

     Но ведь турбулентность — далеко не единственное нерегулярное явление, которое физика пытается анализировать. Скорее можно утверждать, что регулярное движение встречается в природе как исключение. Даже ламинарное или струйное движение представляется регулярным только наблюдателю, рассматривающему мир молекул настолько издали и при помощи столь грубых инструментов, что он в состоянии видеть только усредненное движение материи и измерять только усредненные значения физических величин. Тогда только, несмотря на нерегулярный характер действительного движения, находит он простые отношения между усредненными физическими величинами и простые законы усредненного движения. Вместо слов «несмотря на нерегулярный характер» мы должны были бы сказать: «вследствие». Именно высокая степень нерегулярности, случайный характер молекулярных движений, и позволяет нам прилагать статистические методы и получать простые соотношения, не совершенно точные, но имеющие высокую степень приближения и удовлетворительные почти во всех случаях, за редкими исключениями.

     Со времени исследований Рейнольдса мы знаем, что турбулентность есть статистическое явление. Выше было сказано, что турбулентность возникает при течении жидкости вдоль твердых поверхностей. Известно, что если жидкость обтекает тело, имеющее недостаточно «обтекаемую» форму, то за телом нередко возникают регулярные вихри. Осциллографируя скорость за телом, мы обнаруживаем периодические флуктуации ее, как это изображено на верхней части осциллограммы на рис. 1. Решетка в виде пчелиных сотов, изображенная на рис. 2, образует множество вихрей. По мере удаления от решетки вихри териот свой регулярный характер, и осциллограммы в области нерегулярности также весьма нерегулярны (нижняя часть рис. 1). В этой области уже нет следов правильных систем вихрей, существовавших непосредственно за решеткой, нет и слетов самой решэтки. Перед нами равномерно распределенное вихревое дзижение; статистически в каждой точке этой области флюктуации скорости одни и те же, и их компоненты по разным направлениям имеют одинаковые значения. Для наблюдателя, движущегося вместе с усредненным потоком, все направления представляются равноценными. Такой тип потока имеет, как говорят, «изотропную турбулентность». В дальнейшем мы увидим, что это — простейший случай турбулентного движения.

     Где бы в природе мы не наблюдши движения жидкости, мы всегда приходим к выводу, что струйное, т. е. не имеющее нере-гулярностей, движение является редкостью; течение вод в реках, движения воздуха в атмосфере — движения турбулентного характера. Движения жидкостей, с которыми приходится встречаться инженеру, также в большинстве случаев турбулентны. Примерами ламинарного движения являются движения масла при смазке, воды или пара через малыэ отвергши и узкие трубки, потоки весьма вязких жидкостей, как, например, расплавленные металлы и стекло.

     Естественно возникает вопрос, каков практический эффект наличия нерегулярности в движении; почему мы так интересуемся нерегулярным движением, налагающимся на среднее дзижение. Ответ в том, что наличие нерегулярного дзижения радикально изменяет порядок величины вязкого сопротивления, передачи теплоты и диффузии в жидкостях. Таким образом проблема турбулентности возникает практически во всех областях инженерного дела, в которых играют роль движения жидкостей, безразлично, является ли жидкость средой, в которой дзижется тело, или она сама движется внутри тех или иных неподзижных границ, или же в жидкости имеют место передача тепла, диффузия, смешение, растворение, испарение, сгорание и т. д.

...