Hidrológiai Közlöny 1968 (48. évfolyam)

8. szám - Prof. Dr. Ing. Eduard Naudascher: Az örvény-instabilitás szerepe a turbulencia létrehozásában

26'6 Hidrológiai Közlöny 1968. 7. sz. Az örvény-instabilitás szerepe a turbulencia létrehozásában* l'rof. Dr.—Ing. EDUÁRD NAÜDASOHEE" A laminárisból turbulens áramlásba való átmenet mechanizmusát és azokat a folyamatokat, amelyek a falmenti turbulenciát fenntartják, a legújabb kísérleti vizsgálatok és az áramlást láthatóvá tevő technika lényegében tisztázta [1,2, 3, 4, 5]. A turbulenciába való átmenet, úgy tűnik olyan áramlási instabilitások következtében jön létre, amelyek három fokozatban hatnak. Ezek a fokozatok, amelyek lényegében hasonlóak mind a falmenti, mind a szabad nyírási rétegekben, leírhatók — amint következik — egy kétdimenziós áramképre vonatkozóan. Kezdetben az áramlás legérzékenyebb a kétdimenziós zavarásokkal szemben. Ennek eredményeképpen a létrejövő első áramlási zavarok többékevésbé kétdimenziós merőleges hullámok, amelyek növekvő örvényesség-koncentrációval bíró sávokat igyekeznek kifejleszteni (hullám frontok). Amint ezeknek a kétdimenziós sávoknak az örvényessége nő, érzékennyé válnak a háromdimenziós zavarások iránt és torzulni kezdenek. Az eltorzult örvényes sávok csúcsai nagyobb középsebességű zónákba emelkednek, a többi részhez képest előresietnek. így fokozatosan olyan hurkok [1] alakulnak ki, amelyeken belül az örvényesség egy, * A Magyar Hidrológiai Társaság Hidraulikai ós Mezőgazdasági Vízgazdálkodási Szakosztályában 19G7. június 27-én, ,,Uj ismeretek a turbulenciával kapcsolatban és annak jelentősége a mérnökök számára" címmel tartott előadás részlete, amelyben a Szerző csak a tárgykörrel kapcsolatos saját gondolatait foglalja össze. ** Jnstitute of Hydraulic Research, The University of Iowa(azTowai Egyetem Hidraulikai Kutató Intézete), Iowa City, Iowa, USA. a nagy sebességű zóna felé haladó, keresztirányú folyadék mozgást hoz létre. Ezen a módon különösen nagy nyírású, deltaszárny alakú zónák jönnek létre mindenütt, ahol csak egy hurok kissebességű folyadéktestet emelt a nagysebességű környezetbe. Egyidejűleg az örvényes hurkok megnyúlnak a középsebesség-gradiensnek megfelelően; az örvényes tér így állandóan növekvő intenzitású hosszirányú komponenseket kap, amelyek alkalomadtán „örvénykötegeket" hoznak létre [4] (1. ábra). Egészen eddig a fokig az örvényes tér viszonylag jól rendezett és — még ha egész hosszában energiát vont is el a fő mozgástól — a turbulenciába való tényleges átmenetet általában úgy tekintik, mint ezeknek az örvénykötegeknek a „széthasadását" vagy összeomlását. Az összeomlás végső fokozatának a mechanizmusa eddig nagymértékben titokzatos maradt. Számos bizonyíték van arra [5], hogy az imént leírt átmeneti jelenség sajátosságai szerepet játszanak a falmenti turbulenciát létrehozó és fenntartó mechanizmusban is. Úgy tűnik, hogy a falmenti turbulens nyíró áramlás a helyileg szétszórt, ismételten véletlen jellegű (turbulens) mozgást eredményező összeomlások eredményeként tekinthető, amelyeket egy viszonylag rendezett (kvázilamináris) áramlásba való visszatérés követ. Valóban a szakaszosan bekövetkező összeomlások eme koncepciója alapján elméletek fejlődtek már ki [6, 7, 8], és ezeknek a sikere ennek a közelítésnek a további fejlesztését és finomítását egy ígéretes jövendő feladattá teszi. Értelmezzük Rundstadler és a többiek áramlási megfigyeléseit [5] akár 1. ábra. Füst alagút Jelvétel [4J egy nagysebességű filmszalagról, amely a határréteg átmenet '' szerkezetét mutatja egy csúcsos orrú hengeren Fig. 1. Smoke-tunnel photographs [4] f rom a high-speed motion picture showing the structure of boundary-layer transition on an ogive-nose cylinder