Рейнольдс О. Динамическая теория движения несжимаемой вязкой жидкости и определение критерия (1123886)
Текст из файла
ПРОБЛЕМЫ ТУРБУЛИНХНОСХИ СБОРНИК ПЕРЕВОДНЫХ СТАТЕЙ ПОД РЕДАКЦИЕЙ И, А~ ВЕЛИКАНОВА и Н. Т. ШВЕЙКОВСКОГО ОБЪЕДИНГННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО НКТП СССР ГЛАВИАЯ РЕДАКЦИЯ ОБЩЕТЕХИИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИОИОГРАФИИ Москва 1РЗО Леиинград Т 32 ° 64 тКЗ 64 Редзаеое Г. зи Во,гьлгртл. Оформление В.
Ф. Вазу.геологи Корректора С, !утлер и Л. 1!еетлова. Сдано е нраизводетво 20191 1916 г. 11одаисаио к печати 29191! 1936 г. Печ. лмстав ИР!ь, Уч..а. л, 26. ТиРзж ЗООО. ФоРмат 62 06940в. !1еч. зи. за. 96600. Заказ № 3634. Гл. Ред, общетехн. лиг. № 44. увози. Главлита № В 49262. 2-н тпнографии ОНКИ им. Евг. Соьоловой, Ленинград, ир. КраеиыхКоманиироо,ид ПРЕДИСЛОВИЕ. Проблема турбулентности возникла в середине девятнадцатого столетия в результате противоречия между теоретическим — казалось вполне строгим — выводом закона сопротивления в круглой трубе на основе выражения для вязкости, данного еще Ньютоном, и эмпирическим законом сопротивления, установленным многочисленными измерениями для обычных, не слишком малых размеров и скоростей.
Противоречие выходило далеко за пределы возможных ошибок измерения: первый закон — Пуазейля †дав сопротивление, пропорциональное первой степени скорости; второй закон — Шези — приводил к квадрату скорости. Позже в 90-х годах, О. Рейнольдс сделал первую попытку кинематического анализа потока в круглой (стеклянной) трубе и на основе этого анализа смог связать линейное сопротивление с „прямолинейным" (по современной терминологии — ламинарным) движением, а квадратичное сопротивление — с „извилистым" (теперь — турбулентным) движением. В той же классической работе (впервые появляющейся в печати на русском языке в этом сборнике) намечен путь динамического анализа турбулентного двизкения, несколько анютогичный кинетической теории газов, а также установлен теоретический критерий перехода движения из одной формы в другую.
Далее ряд исследователей, из коих на первом месте следует поставить Релея, делали попытки обосновать этот переход на основе анализа устойчивости очень малых случайных колебаний скорости, налагающихся на основное регулярное ламинарное движение. Плодотворных положительных результатов этот путь не дал и, повидимому, не мог дать, по той причине, что лежавшая в основе всех этих исследований предпосылка, будто ламинарное движение есть наиболее естественное движение в как прямолинейное в и единственно совместимое с законами механики, поскольку они отражены в диференциальных уравнениях гидродинамики, — эта предпосылка оказалась в корне неверной.
Когда-то Леонардо да-Винчи сказал, что, изучая движение жидкости, надо сначала наблюдать, а уже потом применять рассуждение. Это мудрое указание в дальнейшем развитии гидродинамики было забыто: необычайный рост математического аппарата гидродинамики создавал илгнозию, будто все вопросы могут решаться чисто математически, а в тех случаях, когда возникают противоречия с опытом, то на последние надо смотреть как на отклонение от закономерности, отклонения, обусловленные какими-то посторонними причинами, А между тем гораздо раньше, чем были получены дифереицизльные уравнения гидродинамики, вдумчияый наблюдачель природы мог констатировать, что для жидкости самым естественным движением отнюдь не является Пяядисловив прямолинейное; и что если камень по гладкому ровному плоскому откосу скатывается прямолинейно, то по тому же самону откосу вода стекает извилистым ручейком; что все реки текут излучннамя — даже в однородном песчаном грунте, — и что объяснять каждый раз эту характерную извялистость течения какими-то побочными причинами, отклоняющими движение от „естественного прямолинейного' было бы иепростнтельной натяжкой.
К сожалению гидродинамика развивалась исторически не по тому пути, который был ей указан гением Леонардо да-Винчи; она формировалась в тиши кабинетов, вдали от наблюдения природных вод. И можно сказать, что ее связь с гидрологией, связь которая могла бы ее непрерывно оплодотворять физической реальностью, всегда была очень слаба. Вдумчивый наблюдатель мог также обратить внимание на факт, что все реки поднимают со дна песок и ил, и несут его, несмотря на его большой удельный вес, во взвешенном состоянии, что также не вяжется с представлением о наибольшей якобы естественности прямолинейного, параллельно-струйного, дан>кения жидкости.
Все эти факты, относящиеся к характеру движения природных вод, были хорошо известны гидрологам и гидротехникам девятнадцатого века, и ими использовались в водохозяйственных сооружениях, но кабинетная теоретическая — вернее математическая — гидродинамика прошла мимо них. Гидрологи и гидротехники обладали чисто качественными характеристиками движения природных вод, ио не умели облечь их в математическую форму; гндродинамики обладали знанием математических форм, но не умели применить их к реальным потокам. Кризис теоретической гидродннамики наступил гораздо позже, чем он должен был наступить, потому что возник не из наблюдения природы, а в лабораториях. Сколько-нибудь точные, физические методы измерения скоростей, появились совсем недавно, в течение последних одного-двух десятилетий.
Но все же мы теперь имеем уже довольно отчетливое представление о скоростной структуре турбулентных потоков. Мало того, мы знаем, что пульсация скоростей, хотя бы и в слабой степени, имеется и в тех потоках, которые чы привыкли называть ламинарнымн, т. е. слоистыми, связывая с этим названием представление о полной параллельности струек н полном отсутствии поперечных дзнжеинй.
В этом смысле ламинарного движения, строго говоря, вообще не существует. Наиболее общая форма движения жидкости есть именно форма турбулентного движения, при котором в каждой точке скорость жидкости может принимать весьма различные значения с различной лишь степенью вероятности. Наблюдая изменения скорости в течение достаточно болыпого промежутка времени, мы видим, как относительные частоты ее значений укладываются на кривой распределения, во многих случаях близкой к нормальной кривой Гаусса для случайных явлений. Но как же в таком случае обстоит дело с диференциальными уравнениями гидродинамики, выведенными для реальной жидкости из основных законов механики и закона Ньютона о вязкости? Подвергает ли все скззанное нами сомнению их строгость и истинность'. Отнюдь нет, по нашему мнению.
Дело в тои, что — и это весьма знамепательно— прн всей сложности и тонкости своего математически~о вилара~а тео- Пгедисловив ретическая гидродинамика до сих пор оказалась бессильной доказать ту основную теорему, без которой точка опоры у нее отсутствует: теорему единственности решения уравнений гидродинамики. А это естественно наводит на мысль, что эти диференциальные решения при заданных начальных и граничных условиях допускают бесчисленное количество решений в виде их интегралов и что смена во времени всех этих возможных решений и есть та пульсация скоростей, которав наблюдается нашими измерительными приборами.
Такой „постулат многозначности" единственно по нашему мнению в состоянии уничтожить противоречие между теоретической и экспериментальной гидродинамикой; но он обязывает первую ввести в свои построения статистические методы. Проблема турбулентности должна рассматриваться как кризис классической теоретической гидродинамики. Из этого кризиса должна возникнуть новая статистическая гидродинамика, идущая рука об руку с точным физическим эксперимчитом. И длв втой новой перестроенной гидродинамики „проблема турбулентности" уже перестанет существовать, так как реальное движение жидкости и турбулентность — одно и то же. Но сейчас, еще в периоде перестройки, специальные вопросы турбулентности должны занимать и занимают умы не только теоретиков, но и практиков, притом в столь разнообразных областях, как гидротехника и водное хозяйство, с одной стороны, и авиация— с другой.
Настоящий сборник пытается хотя бы отчасти удовлетворить советского читателя, желающего несколько глубже ознакомиться с вопросами турбулентности, чем это дается в немногих курсовых изложениях по гидродинамике и гидравлике, по оригинальным монографиям. Подбор таких монографий представляется делом весьма трудным, и мы отнюдь не претендуем на вполне успешное его разрешение. Большую роль здесь сыграло и запоздание в выпуске сборника, Тем временем появились некоторые новые работы; организовать новые переводы и давать новую компановку статей было, конечно, весьма трудно.
Тем не менее в сборник вошли дзе новые обзорные статьи Прандгля и Кармана вместо намеченных и переведенных ранее. Мы считали совершенно необходимым дать читачелю классическую работу Рейнольдса, основоположника всей теории турбулентности, хотя бы потому, что ссылки на него имеются во всех курсовых изложениях, а ознакомление с втой работой в подлиннике †да независимо от знания английского языка — весьма затрудняется отсутствием этого сочинения в большинстве библиотек. Мы дали три чисто экспериментальных работы: Никурадзе, Дель- Нунцио и Фейджа-Тоуненда, сравнительно полно обрисовывающих современное положение экспериментальной характеристики турбулентного движения.
Более поздние работы: Драйденз, Тоуненда и др., не вошедшие з сборник по указанной выше причине, принципиально нового в этой области почти не дают, и их отсутствие не является, по нашему мнению, крупным дефектом сборника Далее мы дали три наиболее интересных статьи Кармана (не считая упомянутой выше обзорной) и одну Тейлора, освещаюгцих теоретические вопросы турбулентного ПРвдислояив перемешивания.
И, наконец, нами дана часть большой работы Бюргерса, последовательно применяющего к гидродинамике турбулентного движения принципы статистической механики. Подбор статей, повторяем, может вызвать упреки специалистов как в отношении полноты, так и в отношении свежести материала, но мы ответим в свое оправдание, во-первых, что ни одна из печатных статей ие устарела з принципиальных установках, и, во-вторых, что мировая литература по турбулентности пополняетсв во много раз быстрее чем осуществляется у нас издание таких сборников.
Характеристики
Тип файла DJVU
Этот формат был создан для хранения отсканированных страниц книг в большом количестве. DJVU отлично справился с поставленной задачей, но увеличение места на всех устройствах позволили использовать вместо этого формата всё тот же PDF, хоть PDF занимает заметно больше места.
Даже здесь на студизбе мы конвертируем все файлы DJVU в PDF, чтобы Вам не пришлось думать о том, какой программой открыть ту или иную книгу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
