×
瓦苏德万·穆昆德;霍夫，比约恩

管流中向湍流过渡的临界点。 （英语） Zbl 1419.76270号

J.流体力学。 839, 76-94 (2018).
小结：在管道中，尽管层流Hagen-Poiseuille流具有线性稳定性，但仍会产生湍流。给定实验中首次出现湍流的雷诺数（Re）——“自然过渡点”——取决于设置的缺陷，或者更准确地说，取决于有限振幅扰动的大小。在开始时，湍流通常只占水流的某一部分，这一部分在不同的实验中也同样不同。尽管有这些发现，雷诺兹提出，经过足够长的时间后，流动可能会稳定下来：低于临界速度时，流动（无论初始条件如何）应始终返回层流，而高于此速度时，涡流运动应持续存在。如图所示，即使在数千直径长的管道中，在管道末端观察到的时空间歇流动模式强烈依赖于初始条件，并且没有迹象表明不同的流动模式最终会达到（统计）稳定状态。利用湍流抽吸不会老化（即它们是无记忆的）这一事实，我们不断地重新创建在管道入口处离开管道的抽吸序列，并在这样做的过程中为抽吸模式引入周期性边界条件。这个过程使我们能够研究任意长时间内流型的演变，我们发现在超过平流时间单位的时间后，确实会达到统计稳定状态。虽然产生的气流在时空上保持间歇性，但烟团分裂和衰变率最终达到平衡，因此湍流分数在定义明确的水平附近波动，而该水平仅取决于Re。根据Reynolds的主张，我们发现在较低（Re）（此处为2020）时，流动最终总是恢复为层流，而在较高（Re，（geqsleat 2060））时，湍流持续存在。因此，管道流量的临界点位于区间\（2020<Re<2060），这与最近提出的值\（Re_c=2040）非常一致。后一种估计基于单烟团统计数据，完全忽略了烟团相互作用。在典型的接触过程中，这种相互作用强烈影响渗流阈值，而在管流中，临界点只受到轻微影响。另一方面，相互作用是通向统计稳态的途径。如图所示，它们强烈影响产生的流型，导致“烟团聚集”，观察到这些烟团密度较大的区域以波浪形式穿过烟团流型。

引用于三文件

MSC公司：

76F06型 过渡到湍流
76F10层 剪切流和湍流

关键词：

湍流;湍流转变
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{V.Mukund}和\textit{B.Hof}，J.流体力学。839、76-94（2018年；Zbl 1419.76270）
全文： DOI程序 arXiv公司

参考文献：

[1] 阿维拉，K。；莫西·D·。；De Lozar，A。；阿维拉，M。；Barkley，D。；Hof，B.，《管流中湍流的开始》，《科学》，3336039192-196，（2011）·Zbl 1411.76035号
[2] 阿维拉，M。；Willis，A.P。；Hof，B.，《局部管流湍流的瞬态特性》，J.流体力学。，646, 127-136, (2010) ·Zbl 1189.76262号
[3] Barkley，D.，简化管道流的复杂性，Phys。修订版E，84，1，（2011）
[4] Barkley，D.2016管道湍流路径的理论观点。《流体力学杂志》803，P1·Zbl 1454.76047号
[5] Barkley，D。；Song，B。；Mukund，V。；Lemoult，G。；阿维拉，M。；Hof，B.，《完全湍流的兴起》，《自然》，526，7574，550-553，（2015）
[6] Binnie，A.M.，检测液体湍流的双折射方法，Proc。物理学。《社会学杂志》，57，5，390-402，（1945）
[7] 宾尼，A.M。；Fowler，J.S.，《用双折射法研究长圆管中湍流的发展》，Proc。R.Soc.伦敦。A、 192，32-44，（1947）
[8] 博廷，S。；Chate，H.，平面Couette流向湍流过渡的统计分析，《欧洲物理学》。J.B，6，1，143-155，（1998）
[9] 博廷，S。；Daviaud，F。；曼内维尔，P。；Dauchot，O.，平面Couette流中时空间歇性的不连续过渡，欧罗普西。莱特。，43, 2, 171, (1998)
[10] Brosa，U.，《没有奇怪吸引子的湍流》，J.Stat.Phys。，55, 5-6, 1303-1312, (1989)
[11] Chaté，H。；Manneville，P.，耦合映象格子中的时空间歇性，物理学。D、 32、3、409-422（1988）·Zbl 0656.76055号
[12] Faisst，H。；Eckhardt，B.，《管流向湍流过渡时对初始条件的敏感性》，《流体力学杂志》。，504, 343-352, (2004) ·Zbl 1116.76362号
[13] Grassberger，P.，《关于Schlögl第二模型中的相变》，Z.für Phys。B、 47,4365-374（1982）
[14] Hinrichsen，H.，非平衡临界现象和向吸收态的相变，高级物理。，49, 7, 815-958, (2000)
[15] 霍夫，B。；De Lozar，A。；阿维拉，M。；涂，X。；Schneider，T.M.，《消除空间间歇流中的湍流》，《科学》，327，5972，1491-1494，（2010）
[16] 霍夫，B。；De Lozar，A。；Kuik，D.J。；Westerweel，J.，排斥或吸引子？选择管流湍流开始的动力学模型，Phys。修订稿。，101, 21, (2008)
[17] 霍夫，B。；韦斯特韦尔，J。；施耐德，T.M。；Eckhardt，B.，剪切流中湍流的有限寿命，《自然》，443，7107，59-62，（2006）
[18] Janssen，H.-K.，《关于具有吸收定态的反应扩散系统中的非平衡相变》，Z.für Phys。B、 42、2、151-154（1981）
[19] Kaneko，K.，耦合映象格子中的时空间歇性，Prog。西奥。物理。，74, 5, 1033-1044, (1985) ·Zbl 0979.37505号
[20] Kuik，D.J。；波尔玛，C。；Westerweel，J.，管流局部湍流寿命的定量测量，J.流体力学。，645, 529, (2010) ·Zbl 1189.76031号
[21] Lemoult，G。；Shi，L。；阿维拉，K。；Jalikop，S.V.公司。；阿维拉，M。；Hof，B.，Couette流中定向渗流相变到持续湍流，自然物理学。，12, 3, 254-258, (2016)
[22] Lindgren，E.R.，《圆柱管内液体层流和湍流之间变化的一些方面》，Ark.Fys.，7，23，293-308，（1953）
[23] De Lozar，A。；Hof，B.，《管流中湍流烟团衰减的实验研究》，Phil.Trans。R.Soc.伦敦。A、 367、1888、589-599（2009）·Zbl 1221.76009号
[24] Manneville，P.，《关于一般壁面流动，特别是平面Couette流动向湍流的过渡》，《欧洲力学杂志》。（B/液体），49，345-362，（2015）·Zbl 1408.76274号
[25] Meseguer，A。；Trefethen，L.N.，雷诺数107的线性化管流，J.计算。物理。，186, 1, 178-197, (2003) ·Zbl 1047.76565号
[26] 莫西·D·。；Barkley，D.，《过渡管流中的独特大规模湍流-层流状态》，Proc。美国国家科学院。科学。美国，107，18，8091-8096，（2010）
[27] Pavelyev，A.A。；雷什明，A.I。；Teplovodskii，S.Kh。；Fedoseev，S.G.，《关于圆管内流动的低临界雷诺数》，流体动力学。，38, 4, 545-551, (2003)
[28] Pavelyev，A.A。；Reshmin，A.I。；Trifonov，V.V.，初始扰动模式对稳定管流状态的影响，流体动力学。，41, 6, 916-922, (2006)
[29] 裴新浩，J。；Mullin，T.，《管流中湍流的衰减》，Phys。修订稿。，96, 9, (2006) ·兹比尔1114.76304
[30] Pomeau，Y.，《流体动力学中的前运动、亚稳态和亚临界分岔》，《物理学》。D、 23、1、3-11（1986）
[31] Reynolds，O.，《关于决定水的运动是直接还是曲折的环境以及平行河道中阻力定律的实验研究》，Phil.Trans。R.Soc.伦敦。A、 174935-982（1884）
[32] Reynolds，O.，《关于不可压缩粘性流体的动力学理论和准则的确定》，Phil.Trans。R.Soc.伦敦。A、 186123-164（1895）
[33] Von Rotta，J.，实验员Beitrac zur Entstehung turbulenter Strömung im Rohr，Arch。申请。机械。，24, 4, 258-281, (1956)
[34] Samanta，D。；De Lozar，A。；Hof，B.，管流层流湍流间歇现象的实验研究，J.流体力学。，681, 193-204, (2011) ·Zbl 1241.76047号
[35] 萨诺，M。；Tamai，K.，《河道水流向湍流的普遍过渡》，《自然物理学》。，12, 3, 249-253, (2016)
[36] Schiller，L.，Experimentelle Untersuchungen zum Turbulenzproblem，Z.Angew。数学。机械-J.应用。数学。机械。，1, 6, 436-444, (1921)
[37] Sibulkin，M.，《从湍流到层流的过渡》，《物理学》。流体，5，3，280-284，（1962）
[38] Stern，E.，Beitrac zur Untersuchung der Intermittenz einer Rohrströmung，机械学报。，10, 1-2, 67-84, (1970)
[39] Willis，A.P。；Kerswell，R.R.，《管流局部湍流再极化的临界行为》，Phys。修订稿。，98, 1, (2007)
[40] Wygnanski，I.J。；香槟，F.H.，在管道中转换。第1部分：。《喷气和段塞的起源以及湍流段塞中的流动》，J.流体力学。，59, 2, 281-335, (1973)
[41] 熊，X。；陶，J。；陈，S。；Brandt，L.，中等雷诺数下平面-波塞维尔流中的湍流带，物理。流体，27，4，（2015）
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。