Должность во Вселенной - страница 86
…Кипенье струй, их сердцевин. Бурленье в „ядре потока“, как это именуют в гидродинамике. Множество струй и потоков во Вселенском океане материи-действия, кои сами порождены крупномасштабной турбуленцией и которые без кипения-бурления-вихрения в них и обнаружить невозможно».
Академические сведения о турбуленции (только сведения, наукой это не назовешь). Слово «turbulentia» по-латыни означает «бурный», «вихревой» (отсюда «турбина»), «беспорядочный». Большинство реальных потоков жидкости и газа, включая атмосферу, несут в себе турбулентную сердцевину; бывают турбулентны и целиком.
Переход ламинарного (плавного) потока субстанции, имеющей определенную вязкость µ, в турбулентный происходит при увеличении его скорости v или возрастании сечения S — то есть так или иначе при возрастании явления потока. Характеризуют переход знаменитым, уважаемым даже В. В. Пецем (а на мой взгляд все-таки изрядно дутым) критерием Рейнольдса, или числом Рейнольдса:
Re = vS /М = const.
Дутость его в том, что даже в экспериментальных потоках, текущих в трубах или каналах заданного сечения, эта величина далеко не «const», она меняется от двух до семидесяти тысяч. Было бы интересно, если бы моим коллегам-гидродинамикам с такой определенностью отвешивали и отмеривали то, что они покупают в магазинах!.. А для вольных потоков типа струй в реке, ветров в атмосфере или там Гольфстрима, Куросиво Re и вовсе неизвестно. Да и попробуй определи у таких потоков сечение или усредни их скорость.
Так что это не формула, а скорее образ: в потоке при некотором напоре и размерах возникает неустойчивость — бурление-волнение-вихрение. А когда поток ослабевает, все постепенно успокаивается, возвращается к плавности-однородности — в ламинар.
Еще не все. Для начала турбуленции (и для образа ее) важна инициирующая флюктуация — какое-то случайное событие-возмущение. Например, если кинуть в гладкий поток камешек, турбуленция начнется при Re=2300; если не кинуть — оттянется до Re=60 000. Если тот же камешек не кинуть, а осторожно внести, тоже затянется. Если камень крупный — за ним пойдут крупные волны, если маленький — мелкие, и т. п.
…Это можно наблюдать на водосливных плотинах: переваливает через бетонную стенку во всю ее ширь тугая, насквозь прозрачная зеленая полоса — а ударившись о поддон, сразу делается пенистой, шумной, серой, в зыби и водоворотах; совсем другая вода.
Или на берегу моря: идет красивая гладкая волна, а как коснулась галечного дна — запенилась, забурлила…
«Не образумлюсь, виноват». А виноват я в том же, что и Чацкий, смысле: горе от ума… Прибыло решение ВАКа о лишении меня по ходатайству СГУ звания доцента. И как быстро-то! Бумаги о присвоении мне такого звания лежали в комиссии целый год. А здесь в неполные две недели — чик! — и готово. А еще говорят, что в ВАКе сидят бюрократы.
Теперь я сам подскажу Александру Ивановичу, который любит именовать меня доцентом (подозреваю, что более под влиянием фильма «Джентльмены удачи»), уточнение: доцент-расстрига.
Но продолжим о турбуленции. Что существенного удается выжать-обобщить из всех источников? Какую квинтэссенцию?
…что полного математического описания турбулентных процессов нет и не предвидится: все они сложны, как… как сама природа. Теории описывают простенькие частные проявления турбуленции: гармонические волнения — нарастающие, убывающие, интерферирующие — и вихри.
О последних стоит подробнее:
— центральная часть, «ядро» вихря, вращается по закону твердого тела, как целое;
— за пределами ядра скорость вихря убывает пропорционально квадрату расстояния;
— вихревые трубки во взаимодействии завиваются друг около друга; тонкие, естественно, обвивают те, что толще, мощнее.
(Все это так и просится на аналогию с… но не спеши. Ничего, ничего, молчание!)
…что при всем богатстве образов турбуленция не есть хаос — сложные, но устойчиво повторяющиеся картины пульсаций, колебаний, вихрений.
При этом опять выпирают замечательные свойства турбулентного «ядра» в потоке:
— во-первых, при нарастании скорости потока «ядро» стягивается, уплотняется; картина бурлений в нем становится более упорядоченной, периодической; а при уменьшении напора наоборот — «ядро» разбухает, рыхлеет, расплывается;
