Kolmogorov microscales

Kolmogorov microscales er de mindste skalaer i turbulent strømning. På Kolmogorov-skalaen dominerer viskositeten, og den turbulente kinetiske energi spredes til varme. De er defineret af

Kolmogorov længdeskala liter = (3 liter) 1 / 4 {\displaystyle \eta = \ venstre ({\frac {\nu ^{3}} {\varepsilon }} \ højre)^{1/4}} {\displaystyle \eta = \ venstre ({\frac {\nu ^{3}} {\varepsilon }} \ højre)^{1/4}}
Kolmogorov tidsskala prit = (prit) 1 / 2 {\displaystyle \ Tau _ {\eta} = \ left ({\frac {\nu} {\varepsilon}} \right)^{1/2}} {\displaystyle \tau _{\eta } = \ venstre ({\frac {\nu } {\varepsilon }} \ højre)^{1/2}}
Kolmogorov velocity skala u 1 / 4 {\displaystyle u_ {\eta} =\venstre (\nu \varepsilon \højre)^{1/4}} {\displaystyle u_ {\eta } = \ venstre (\nu \ varepsilon \ højre)^{1/4}}

hvor prisT {\displaystyle \ varepsilon }  \varepsilon er den gennemsnitlige hastighed for spredning af turbulens kinetisk energi pr.masseenhed, og prisT {\displaystyle\nu }  \ nu er væskens kinematiske viskositet. Typiske værdier for Kolmogorov-længdeskalaen til atmosfærisk bevægelse, hvor de store hvirvler har længdeskalaer i størrelsesordenen kilometer, spænder fra 0,1 til 10 millimeter; for mindre strømme, såsom i laboratoriesystemer, kan LARP {\displaystyle \ eta } \eta være meget mindre.

i sin 1941-teori introducerede Andrey Kolmogorov ideen om, at de mindste skalaer af turbulens er universelle (ens for enhver turbulent strømning), og at de kun afhænger af prisT {\displaystyle \varepsilon} \varepsilon og prisT {\displaystyle \nu} \nu . Definitionerne af Kolmogorov-mikroskoperne kan opnås ved hjælp af denne ide og dimensionelle analyse. Da dimensionen af kinematisk viskositet er længde2 / tid, og dimensionen af energidissipationshastigheden pr. masseenhed er længde2 / time3, er den eneste kombination, der har dimensionen af tid, prit = ( prit / prit ) 1 / 2 {\displaystyle \Tau _ {\eta} =(\nu / \varepsilon )^{1/2}} {\displaystyle \ tau _{\eta } =(\nu /\varepsilon )^{1/2}} som er Kolmorogov tidsskalaen. På samme måde er Kolmogorov-længdeskalaen den eneste kombination af length {\displaystyle\varepsilon }  \varepsilon og length {\displaystyle\nu }  \ nu , der har dimension af længden.

alternativt kan definitionen af Kolmogorov-tidsskalaen opnås ud fra den inverse af den gennemsnitlige kvadratiske belastningshastighed tensor, Lira = (2 Lira E I j E I j Lira) – 1 / 2 {\displaystyle \Tau _ {\eta} =(2\langle E_ {IJ} e_ {IJ}\rangle )^{-1/2}} {\displaystyle \tau _{\eta } =(2 \ langle E_{IJ}E_{IJ} \ rangle )^{-1/2}} hvilket også giver prit = (prit / prit ) 1 / 2 {\displaystyle \Tau _ {\eta} =(\nu / \varepsilon )^{1/2}} {\displaystyle \tau _{\eta } =(\nu / \ varepsilon )^{1/2}} ved hjælp af definitionen af energidissipationshastigheden pr. masseenhed {\displaystyle \ varepsilon =2 \ Nu \ langle E_{IJ}E_{IJ} \ rangle } {\displaystyle \varepsilon =2\Nu \langle E_{IJ}E_{IJ}\rangle }. Derefter kan Kolmogorov-længdeskalaen opnås som den skala, hvor Reynolds-tallet er lig med 1, R e = u L / lir = ( lir / lir ) lir / lir = 1 {\displaystyle {\mathit {re}}=ul/\Nu =(\eta /\Tau _{\eta })\eta /\nu =1} {\displaystyle {\mathit {re}}=ul/\Nu =(\eta /\Tau _{\eta })\eta /\nu =1}{\displaystyle {\mathit {re}} = ul / \ Nu = (\eta / \ Tau _ {\ETA ETA}) \ ETA / \ nu = 1} .

Kolmogorov 1941-teorien er en gennemsnitlig feltteori, da den antager, at den relevante dynamiske parameter er den gennemsnitlige energiafledningshastighed. I væsketurbulens svinger energiafledningshastigheden i rum og tid, så det er muligt at tænke på mikroskoperne som mængder, der også varierer i rum og tid. Standardpraksis er imidlertid at bruge gennemsnitlige feltværdier, da de repræsenterer de typiske værdier for de mindste skalaer i en given strømning.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.