Отваря главното меню

Турбулентност

(пренасочване от Турбуленция)
Турбулентност
Изследване на турбулентни вихри създадени от модел на самолет чрез изпитване в аеродинамична тръба

Турбулентност (на латински: turbulentus — бурен, неподреден) в механика на флуидите е нестационарен режим на обтичане, при който характеристиките на флуидното поле се изменят стохастично във времето и пространството. За разлика от ламинарното течение, при турбулентните течения преносните уравнения са доминирани от конвективните членове (т.е. зависят от посоката и скоростта на течението). Обикновено се приема, че преходът от ламинарно към турбулентно течение е свързан с числото на Рейнолдс. Критичното число на Рейнолдс зависи от динамичната постановка на течението.

Турбулентността предизвиква образуването на различни по мащаб вихрови ядра, които представляват основният механизъм за пренос на енергия и количество движение в тези течения. Едрите вихрови ядра разсейват енергия образувайки турбулентност от по-нисък мащаб. Този процес продължава във времето до издребняване на мащаба на турбулентността и затихване чрез разсейване на енергията на междумолекулярно ниво.

Турболентни вихри създадени от самолет при експеримент с оцветен дим излизащ от земята. По полосата на летищата, структурата на вихрите се разрушава и разсейва по-бързо в лошо и ветровито време

Видове турбулентностРедактиране

В зависимост от мястото и характерните особености на атмосферата и проявата на това явление, се различават четири вида турбулентност:[1]

  • околоземна при ясно небе;
  • около и вътре във фронт от кълбести облаци;
  • в област с мощни струйни течения;
  • в подветрената страна в планините.

Приземният въздушен слой с височина до 200-300 метра е слой на неустойчива атмосфера и винаги се намира в динамично състояние. Причините за това състояние е, че при липсата на външни въздействия, пограничният въздушен поток се премества над земната повърхност праволинейно с равномерна постоянна скорост, характерна за целия поток. Когато се появят външни въздействащи сили, енергията им се отдава на потока, в резултат на което във въздуха настъпват турбулентни процеси. Външната енергия предизвиква преместването на голямо количество от неговите въздушни частици и в потока се създават вихри със значителна маса с неуточнена продължителност, сила и посока. Степента на турбуленцията на този въздушен слой, както и промяната на праволинейното му преместване се определя от силата на външния източник. Основно източниците на външни въздействия на приземния въздушен поток са:

  • механично препятствие, дължащо се в по-голяма или по-малка степен на формата на нагънатия релеф на терена. Колкото е по-голямо препятствието, толкова по-големи са и вихрите. Овалните релефни форми, макар и големи като препятствия, се обтичат по-добре от околоземния въздушен слой и се създават по-малки вихри от тези създадени от стръмните и високи планински склонове. Съществува обратна пропорционалност между размера на вихрите и скоростта им на движение – когато един вихър се разпада на по-малки, то тяхната скорост се увеличава, с което по законите на физиката се запазва момента на количеството на движение на въздушната маса. С това интензивността на въздействие върху летателния апарат е по-висока, макар и по-краткотрайна. Плътността на въздуха влияе върху интензивността на вихрите създаващи турбулентността на атмосферата. Зимно време и при ниски температури, поради по-високата плътност на атмосферата, вихрите са по-интензивни и турбулентността е значителна в приземния атмосферен слой, сравнена с тази на по-голяма височина при същите ниски температури.
  • конвекцията, изразяваща се в статичната неустойчивост на въздуха, е в резултат на слънчевото греене, земния релеф и характера на растителността или водните басейни по повърхността на земята. Устойчивостта или неустойчивостта се определя от вертикалния градиент на температурата. При стойност на този градиент 10 0С/km, атмосферата се намира в безразлично равновесие. При случай на сух въздух, когато този градиент е по-висок, слоя въздух е неустойчив. На височини над приземния, настъпва активно размесване на въздушните частици на топлия въздушен поток и неговия топъл фронт от земната повърхност намалява температурата си, докато се достигне до нормалния температурен градиент.
  • пориви на вятъра. Мощни струйни течения с висока турбуленция се появяват при преместването на студен фронт към ниския топъл приземен слой въздух. Топлия слой се разрушава бързо, нееднородните вихри създадени от смесването на двата фронта и изместването на приземния слой въздух от въздушните течения на студения фронт, са причина да се породи турбуленция с висока интензивност.

За практическо количествено определяне на устойчивостта или неустойчивостта на въздуха, се ползва т. нар. число на Ричардсън. То е критерий, който се определя от отношението на енергията на свободната конвекция на въздуха към енергията от изменението на хоризонталната скорост на въздуха за определена височина. При Ri< 0,03 въздушната маса е в състояние на безразлично равновесие. При Ri> 0,25 възниква турбулентност, като при по-ниски стойности се дължи на вертикалния градиент от скоростта на вятъра, а при по-високите стойности турбулентността се дължи на конвекцията.

Характерът на турбулентността зависи от всека от гореизброените причини, но обикновено те действат едновременно и в различни комбинации по степен на сила. Обикновено влиянието на механичните препятствия за турбулентни вихри във височина, най-силно е изразено в ранните следобедни часове. Те достигат до височина, спрямо тази на релефа, от 0,3 до 4 пъти за високи и дълги планински вериги. Свободната конвекция също влияе върху създаването на турболентни вихри. Над водната повърхност влиянието е несъществено, над равна открита местност достига до 6 метра, а над гористи и планински местности достига до 600 метра.

Турболентността дължаща се на топли въздушни потоци при сух въздух (наричана още термическа турбулентност), достига до височина 600-800 m, в при наличие на кълбесто-дъждовни облаци с висока влажност, се проявява на височини от няколко километра. Най-силна турбулентност по тази причина се създава в ранните следобедни часове, когато нагряването на земната повърхност е най-високо.

В област с мощни струйни течения турбулентност може да възникне на всякаква височина, но обикновено се проявява в ранните сутрешни часове. При хладно време, във въздушната маса се създава такава турбулентност през целия ден. [2]

Турбулентност и безопасност на полетитеРедактиране

Съществена заплаха за безопасността на полетите представляват свободните атмосферни турбулентни структури с мащаб от порядъка на габаритните размери на въздухоплавателното средство и по-голям. Тези структури предизвикват значителни изменения в разпределението на скоростите и наляганията по носещите повърхности на летателните апарати и могат да доведат до опасни натоварвания на конструкцията, както и до проблеми с устойчивостта и управляемостта. При полет на малки височини, пилотът управлява летателният апарат в зона с турбуленция с усещания за удари в крилата или завъртане с удари в хоризонталната равнина на полета. При височина от 100-300 метра въздействието върху апарата е по-меко и често това са резки, но меки пропадания или издигания [3] В популярния непрофесионален език това явление се определя некоректно и неточно като въздушна яма. Такива турбулентни въздействия, понякога доста мощни, се проявяват при полет и на голяма височина (10-12 km) в зоната на прехода океан-континент.

Вижте същоРедактиране

Външни препраткиРедактиране

БележкиРедактиране

  1. Осташов, В.Г.Дельтапланеризм, Академия наук СССР, Сибирское отделение, Издательство „Наука“, Новосибирск, 1983, с.83
  2. Осташов, В.Г.Дельтапланеризм, Академия наук СССР, Сибирское отделение, Издательство „Наука“, Новосибирск, 1983, с.86-87
  3. Осташов, В.Г.Дельтапланеризм, Академия наук СССР, Сибирское отделение, Издательство „Наука“, Новосибирск, 1983, с.89
Уикипедия разполага с
Портал:Авиация