Záhadná turbulence

Turbulenci zná každý, ale nikdo jí nerozumí. Vidíme ji, když si myjeme ruce, houpe nás, když sedíme v letadle a je všude kolem nás. Problémem je, že nikdo nedokáže předvídat, jak se bude chovat.

Klasická teorie víření nezná

Klasické teorie proudění předpokládají, že např. proud tekutiny (vzduchu/kapaliny) v trubce zůstává hladký (tzv. laminární) nezávisle na tom, jak rychle je tekutina trubkou pohybuje. To samozřejmě není pravda. Turbulentnost proudění se mění jak rychlostí toku, tak s velikostí "zúčastněných" (v tomto případě zrovna průměr, či spíše světlost, trubky). Obrovský vliv na ni má tvar a kvalita povrchu obtékaného prostředí. Tudíž je nemožné vytvořit soustavu potrubí, kde by nebyla žádná turbulence. A turbulence (tj. vířivé proudění) znamená ztráty.

Nestabilní výsledky jsou správné – mohou za to vlny

Nejnovější teorie už s vířivým prouděním počítají. Pro jejich ověření vědci sestrojili aparaturu s 26 m dlouhou trubkou, ve které proudí voda. U jejího počátku vstřikovali paprsek vody do trubky kolmo k protékající kapalině a vytvářeli tak turbulenci. O dále v různých vzdálenostech sledovali, jak se turbulence vyvíjí. Dělali to tak, že měřili směr a rychlost proudění kapaliny v trubce v jejím průřezu pomocí laseru. Naměřené hodnoty porovnali s teoreticky vypočtenými. I vy se můžete podívat (nahoře naměřené a dole vypočtené proudění), že si velmi dobře odpovídají.

Nová teorie pracuje s tlakovými vlnami, které se nerovnoměrně šíří tekutinou a tím způsobují přenos a rozvoj turbulence. Proto pohybové rovnice kapaliny v trubce mají nestabilní řešení, čili zadání a rovnice je stále stejná, ale pokaždé vám vyjde něco trochu jiného. malá změna ve vstupních datech způsobí velkou změnu ve výsledku. Je to stejný případ jako u předpovídání počasí.

Tento výzkum je skutečně velmi zajímavý, už proto, že turbulence je všude a nemusí být vždy jen negativní. Na křídlech letadel bývají tzv. turbulátory, které ji uměle vyvolávají a třeba takový čmelák ji vděčí za to, že může létat.

Myslím, že o turbulenci se na Techblogu ještě zmíním a to už do toho zkusím zamotat nějaké to Reynoldsovo číslo.