Published November 1999 | Version v1
Journal article

Structure of turbulent flows of incompressible liquid and turbulent parametrization

  • 1. Inst. Teoreticheskoj Fiziki im. L.D. Landau Rossijskoj Akademii Nauk, Chernogolovka (Russian Federation)
  • 2. Inst. Kosmicheskikh Issledovanij Rossijskoj Akademii Nauk, Moscow (Russian Federation)

Description

Paper studies the problem on the structure of the stationary isotropic homogeneous turbulence of incompressible liquid Re >> 1 activated by force with f0 amplitude, with r0 and τ0 space and time scales, respectively. It is determined that depending on the force value that activates motion of the liquid three radically different turbulent stationary states of liquid may occur and one determined dimensionless parameters ensuring transition from one state to another: γ = f0τ02/r0 and Γ γ4/3 Re. It is shown that at γ << 1, Γ << 1 within the inertial range E(k) ∝ 1/k5/3 Kolmogorov spectrum is formed. E(k) ∝ 1/k2 spectrum region cutting off the Kolmogorov spectrum from the viscous range appears near the viscous range at transition to the turbulent flows resulting from the effect of high amplitude forces. Further increase of f0 force amplitude results in the fact that the whole inertial range turns to be occupied by E(k) ∝ 1/k2 spectrum. Paper presents a physical mechanism explaining restructure of spectra of turbulent pulsations at various γ and Γ. All the results are obtained with no regard for alternation

Abstract (Russian)

Рассмотрена задача о структуре стационарной изотропной однородной турбулентности несжимаемой жидкости Re >> 1, приводимой в движение силой с амплитудой f0, пространственным и временным масштабами r0 и τ0, соответственно. Установлено, что в зависимости от величины силы, приводящей жидкость в движение, могут возникать три принципиально различных турбулентных стационарных состояния жидкости и найдены безразмерные параметры, отвечающие за переход от одного состояния к другому: γ = f0τ02/r0 и Γ = γ4/3 Re. Показано, что при γ << 1, Γ << 1 в инерционном интервале формируется колмогоровский спектр E(k) ∝ 1/k5/3. При переходе к турбулентным течениям, возникающим из-за действия сил большей амплитуды f0 вблизи вязкого интервала возникает участок спектра E(k) ∝ 1/k2, отсекающий колмогоровский спектр от вязкого интервала. Дальнейшее увеличение амплитуды f0 приводит к тому, что весь инерционный интервал оказывается занятым спектром E(k) ∝ 1/k2. Предложен физический механизм, объясняющий перестройку спектров турбулентных пульсаций при различных γ и Γ. Все результаты получены без учета перемежаемости

Additional details

Additional titles

Original title (Russian)
Структура турбулентных течений несжимаемой жидкости и параметризация турбулентности

Publishing Information

Journal Title
Zhurnal Ehksperimental'noj i Teoreticheskoj Fiziki
Journal Volume
116
Journal Issue
5
Journal Page Range
p. 1630-1647
ISSN
0044-4510
CODEN
ZETFA7

INIS

Country of Publication
Russian Federation
Country of Input or Organization
Russian Federation
INIS RN
32011404
Subject category
S42: ENGINEERING;
Descriptors DEI
INCOMPRESSIBLE FLOW; REYNOLDS NUMBER; TURBULENCE; TURBULENT FLOW; VISCOSITY
Descriptors DEC
FLUID FLOW

Optional Information

Notes
21 refs.