1 / 45

Úvod do TURBULENCE

Úvod do TURBULENCE. Doc.V.Uruba. Dynamika proudění tekutin. Laminární Stacionární – 0°vol Turbulentní Mnoho °vol (o.p., Re) Unášení KS Vývoj KS. Jansen (2000). Turbulence – definice (atributy). Dynamika Náhodnost (DCh) Difusivita Vířivost Spektrum měřítek (F) Prostorovost

zarifa
Download Presentation

Úvod do TURBULENCE

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Úvod do TURBULENCE Doc.V.Uruba

  2. Dynamika proudění tekutin • Laminární • Stacionární – 0°vol • Turbulentní • Mnoho °vol (o.p., Re) • Unášení KS • Vývoj KS Jansen (2000)

  3. Turbulence – definice (atributy) • Dynamika • Náhodnost (DCh) • Difusivita • Vířivost • Spektrum měřítek (F) • Prostorovost • Disipativnost • Nelineárnost Jansen (2000)

  4. Další vlastnosti • „Nestabilní“ (laminární proudění je „stabilní“); • Dynamický vývoj v čase; • Prostorovost (nebo kvazi-dvojrozměrné); • Obsahuje organizované struktury různých velikostí a různé orientace v prostoru; • „Koherentní“ struktury: • koncentrace vířivosti, • omezená doba života, • náhodný výskyt v čase i prostoru. • Difúzní procesy a procesy míšení jsou řádově intenzivnější než na molekulární úrovni.

  5. Turbulence – studium • Kineticko-statistický přístup • Tekutinové molekuly • Rozklad (Reynolds) • Statistika – 2 b. kovariance (Einstein) • Směšovací délka (Prandtl) • Pravděpodobnostně-statistický přístup • Průměrování souborů dat • Energetická kaskáda (Richardson) • Spektra (Kolmogorov) • Deterministický přístup • Koherentní struktury - dynamika

  6. Studium • Fenomenologické modely • Experiment • Podobnost • Kvalitativní analýza • Matematické modelování • Navier-Stokesovy rovnice

  7. Navier-Stokesovy rovnice Navier (1822), Stokes (1842) Clay Math.Inst. (2000) 1000000 $ Nelinearita

  8. Koherentní struktury • Vlastnosti • Korelovanost • Komplexita • Mnohaúrovňovost • Vír (většinou) – koncentrovaná vířivost • Vznik • Nestabilita • Deterministický chaos • Nelineární DS • Bifurkace • Mikrosvět  Makrosvět

  9. Lambda víry – proplétání

  10. Thomas Bewley, Edward Hammond and Parviz Moin (Stanford University)

  11. Balík vlásečnicových vírů Adrian et al. (2000)

  12. Balík vlásečnicových vírů Adrian et al. (2000)

  13. Antropomorfní měřítka - prostor

  14. Antropomorfní měřítka - čas

  15. Pořádek x Nepořádek Koherence x Entropie Komplexita x Chaos Komprese inf. x Brownův pohyb Turbulence x Laminární proud Exkurze do historie

  16. Pořádek x Nepořádek • Spinoza: • Pořádek je relativní pojem, závisí na pozorovateli • Přílišná složitost  nepochopení  nazýváme „nepořádkem“ • Komplexita x Chaos • Koherence x Entropie

  17. Komplexita x Chaos • „Logická“ stavba • Neexistuje objektivní míra • Úměrná složitosti – „zákonitosti“ • Pravidelnost (není nutná) • Komprese informace • Brownův pohyb nelze komprimovat

  18. Turbulentní mezní vrstva Ferrante et al., 2004

  19. Koherence Koherentní 3% koef. 98,9% energie 79,1% enstrofie Nekoherentní 97,1% koef. 1,1% energie 20,9% enstrofie Farge, Schneider, 2002

  20. Epikurejci Římští atomisté  Titus Lucretius Carrus pohyb atomů + clinamen = tělesa (KS) Jestliže atomy klesají v prostoru kolmo svou vlastní vahou, tu na místě neurčitém a za neurčito se vychýlí maličko z dráhy – jen tolik, aby ten směr byl maličko jiný. Jinak by padalo všecko, té odchylky nebýt, hlubinou prázdna dolů jak dešťové kapky, vrážet a strkat by do sebe nemohly prvky a příroda nikdy by nebyla stvořila pranic. De Rerum Natura (1.st.př.n.l.)

  21. Turbulence x Laminární proud • Z laminárního proudění vzniká turbulence • Pořádek (tj. turbulence) vzniká z chaosu (tj. z laminárního stavu) • Působením vnějších vlivů se z chaosu vynořují koherentní struktury

  22. Turbulence Leonardo da Vinci 16.st

  23. Příklady turbulentních proudů • Proudění tekutin • Chemické reakce • Přeneseně v libovolné oblasti

  24. Jez „Válec“ pod jezem (Otava)

  25. Přechod do turbulence Laminární proudění, přechod do turbulence

  26. Startovací vír „Startovací“ vír za křídlem letadla

  27. Tornádo Tornádo (Kansas, 31. května 1949)

  28. Lavina Lavina (Himaláj)

  29. Reakce Belousov-Zhabotinsky Malonic Acid - 0.2 M/L Sodium Bromate - 0.3 M/L Sulfuric Acid - 0.3 M/L Ferroin - 0.005 M/L oscilace

  30. Směšovací tryska

  31. Jupiter Cassini 1655

  32. Jupiter

  33. Galaxie

  34. Reynoldsovo číslo Re 0.1 10 100 3000

  35. Míchání

  36. Přechod do turbulence

  37. Vírové struktury při přechodu Schlatter (2005)

  38. Přechod - Reynolds

  39. Přechod do turbulence

  40. Vyvinutá turbulence

  41. Turbulentní mezní vrstva

  42. Turbulentní mezní vrstva

  43. Turbulentní mezní vrstva

  44. Proudění v kanále Isosurface of the Discriminant of the velocity gradient tensor for an instantaneous realization of a Retau=1900 turbulent channel (J.C. del Alamo, J. Jimenez, P. Zandonade and R.D. Moser 2006, Self-similar vortex clusters in the turbulent logarithmic region. J. Fluid Mech. 561, 329-358)

More Related