Турбулентная Диффузия

, перенос в-ва в пространстве, обусловленный турбулентным движением среды. Под турбулентным понимают вихревое движение жидкости или газа, при к-ром элементы (частицы) среды совершают неупорядоченные, хаотич. Движения по сложным траекториям, а скорость, т-ра, давление и плотность среды испытывают хаотич. Флуктуации. Если в турбулентном потоке в определенный момент времени множество элементов (частиц) расположено рядом один с другим, то в послед, моменты времени они рассеиваются по пространству так, что статистич. Расстояние между любыми двумя произвольными частицами с течением времени возрастает. Проявления этого процесса во многом напоминают мол. диффузию. В основе описания T. Д. Как процесса случайного блуждания частиц среды лежат выражения для среднеквадратичного смешения частиц от нек-рого исходного положения через интервал времени t, сходные с выражениями для мол.

Диффузии. В случае больших времен процесса рассеяния, когда м. Б. Использован закон Фика, справедливо равенство. где - лагранжев временной масштаб (с) в направлении переноса. Параметр Dt=v2T- коэффициент T. Д. (мат. Выражение и физ. Смысл см. Ниже). Лагранжев коэф. Корреляции между пульсациями скорости v (м/с) одного и того же элемента (частицы) среды в разные моменты времени t и t +составляет. Поскольку T. Д. И мол. Диффузия независимы, общее смещение частицы будет определяться суммой. а общий (виртуальный) коэф. Диффузии D1. + D, где D - коэф. Мол. Диффузии. Хаотич. Пульсац. Движение жидкости (газа), обусловливающее турбулентный поток в-ва, возникает при высоких числах Рейнольдса (см. Подобия теория). Наличие градиентов осредненной скорости течения (см.

Ниже) приводит к заметному ускорению рассеяния частиц в-ва по направлению турбулентного потока. Его плотность выражают в виде вектора. где u', с' - пульсац. Составляющие соотв. Вектора скорости движения среды и концентрации переносимого в-ва. <. >. -оператор осреднения ф-ции по времени в рассматриваемой точке пространства. Т. Д. Протекает по-разному в зависимости от масштаба турбулентности. Перенос в-ва при маломасштабной турбулентности описывают по аналогии с мол. Диффузией. При крупномасштабной турбулентности среднее квадратичное смещение частиц с течением времени быстро увеличивается, причем этот рост обусловлен преим. Крупными вихрями. Предполагают, что турбулентный перенос в-ва в рассматриваемый момент времени в произвольной точке пространства определяется градиентом осредненной концентрации, взятым в той же точке пространства и в тот же момент времени (гипотеза Буссинеска).

Так, плотность турбулентного потока массы в направлении к.-л. Из осей координат, напр. *, выражают в виде. где <. с >. - средняя по времени концентрация переносимого в-ва в рассматриваемой точке пространства. Знак "минус" указывает на уменьшение концентрации в направлении переноса. Ур-ние (4) служит по существу определением коэф. Пропорциональности D т. Этот параметр связывает поток массы при турбулентном режиме течения среды с градиентом осредненной скорости движения. В настоящее время D т. Не м. Б. Определен чисто теоретич. Путем. Используя соотношения, аналогичные законам вязкости Ньютона и теплопроводности Фурье (см. Переноса процессы), вводят коэф. Турбулентной кинематич. Вязкости v т и турбулентной температуропроводности а т (м 2/с).

Последние в отличие от выраженных в тех же единицах измерения коэф. Мол. Диффузии D, температуропроводности аи кинематич. Вязкости v не являются физ.-хим. Характеристиками и зависят от параметров осредненного движения среды, а также от положения рассматриваемого элемента ее объема в потоке. Механизм турбулентного перемешивания в осн. Одинаков для внутр. Трения, тепло- и массопроводности. Различие состоит лишь в особых св-вах переносимой пульсац. Течением субстанции. Импульса (кол-ва движения), в-ва или теплоты. Согласно аналогии Рейнольдса, коэффициенты Т. Д., кинематич. Вязкости и температуропроводности равны друг другу. D т = V т=а т. По аналогии с числами Прандтля (Pr = v/a )и Шмидта (Sc = v/D) для мол. Диффузии вводят понятие о соответствующих коэф.

Турбулентного переноса. При турбулентном переносе вблизи твердых пов-стей величины Pr т и Sc т, на основании эксперим. Данных, несколько отличаются от единицы и обычно находятся в пределах 0,5-1,0. Сказанное свидетельствует о том, что мн. Сведения относительно .