Что касается старой формулы Шулейкина, выведенной для прямого теплообмена и не учитывавшей роль скорости ветра, то она давала полное совпадение с формулой (13) при средних значениях скорости ветра (около 7 м сек). При других скоростях возникали методические погрешности, зависящие от резкого падения температуры в тончайшем поверхностном слое воды, находящейся в приборе. При различных скоростях ветра цилиндрик термометра, проходящий через слой, неоднородный по температуре, различным образом осреднял температуру и маскировал действительную роль ветра. Так же, как и (12), формула (13) не может претендовать на точность ввиду изменчивости местных условий теплообмена. Но для практических расчетов она оказывается более надежной, чем сложные формулы, вытекающие из теории турбулентного теплообмена. Значение эмпирической постоянной В = 5,2, приводимое сейчас на основании новых измерений, лишь на 24 °о превышает старые данные В. В. Шулейкина, Г. Свердрупа и др.[ ...]
В настоящее время есть возможность оценки хотя бы осредненных климатологических данных, касающихся радиационного баланса, затрат тепла на испарение и на турбулентный теплообмен с атмосферой в различных областях нашей планеты, и притом не только в материковой части ее поверхности (как было еще сравнительно недавно), но и в части океанической. Очень большую вычислительную работу в этом направлении проделали сотрудники Главной геофизической обсерватории под общим руководством М. И. Будыко. Вышли уже два издания большого климатологического атласа обсерватории с картами, построенными для всех месяцев в отдельности и для года в целом. Здесь на рис. 254 — 256 приведены уменьшенные копии трех карт: карта радиационного баланса поверхности Земли в ккал см2■ год (рис. 254), карта затрат тепла на испарение с подстилающей поверхности в ккал/см- • год (рис. 255), карта затрат тепла на турбулентный теплообмен с атмосферой в ккал/см2 • год (рис. 256) [10].[ ...]
В гл. I уже говорилось о важной роли, которую играет в море обмен количеством движения между водными массами, движущимися в море с различными скоростями: там рассматривался узкий специальный вопрос, касающийся физического смысла турбулентного трения, или турбулентной вязкости. Большую пользу приносит до настоящего времени представление о подобии 111], внесенное в гидродинамику JI. Прандтлем и Т. Карманом, несмотря на необходимость сохранения в теории некоторых чисто эмпирических данных. В частности, полуэмпирический метод помог определить важные константы, характеризующие турбулентное трение в морских течениях (см. гл. I) и при волновых движениях (см. гл. III). Сейчас, занимаясь тепловыми явлениями в море, придется значительно расширить понятия, связанные с турбулентными движениями в водной среде, и главным образом исследовать передачу тепла за счет турбулентного обмена между массами, которые обладают различными температурами.[ ...]
Работая в море, можно быть уверенным, что все движения, совершающиеся в нем, характеризуются сверхкритическими значениями критерия Рейнольдса, т. е. они заведомо турбулентные, далекие от режима ламинарных потоков: ведь даже при малых скоростях какого-либо течения критерий Рейнольдса оказывается очень большим за счет громадных масштабов явления.[ ...]
Здесь й, й) — компоненты средней скорости, иъ Ух, — компоненты турбулентных пульсаций скорости. Значения й, V, у) находят с помощью осреднения скорости по времени, в данной точке, или по пространству, в определенный момент времени.[ ...]
Здесь б — плотность воды, t — время, p — давление, fx — коэффициент молекулярной вязкости, х, у, z — декартовы координаты точки. Черта сверху означает осреднение по выбранному интервалу. В дальнейшем изложении, говоря о средних величинах, будем иметь в виду осреднение по времени.[ ...]
Для морских условий понятие среднего значения любой физической величины не является определенным и зависит от масштаба осреднения, что относится как к осреднению по времени, так и к осреднению по пространству. Это объясняется непрерывностью спектра турбулентных вихрей, от самых больших, размеры которых определяются размерами всего потока, до самых малых, где кинетическая энергия потока благодаря механизму вязкости превращается в тепло. В зависимости от выбранного масштаба осреднения одни и те же колебания скорости могут рассматриваться либо как турбулентные пульсации, либо как медленные, плавные изменения среднего значения скорости. При решении любой задачи морской турбулентности необходимо тщательно выбирать оптимальный период или область осреднения, так как от этого существенно зависят результаты расчетов.[ ...]
Уравнения (20) и (21) отличаются от уравнений (17) и (18) последней скобкой, которая связана с турбулентными потоками тепла и с турбулентной диффузией вещества по осям X, У, X.[ ...]
В настоящее время исследования законов турбулентного обмена ведутся по двум основным направлениям. Первое возникло на основе аналогии между хаотическим движением молекул и случайными перемещениями конечных объемов жидкости в турбулентном потоке; это привело к созданию так называемой полу эмпирической теории турбулентности. Различные модификации этой теории стремятся выразить турбулентные потоки какой-либо субстанции через осредненные характеристики среды.[ ...]
Второе направление — статистическая или спектральная теория турбулентности — исследует собственно структуру турбулентного потока, изучая статистические свойства турбулентных пульсаций различных гидродинамических величин.[ ...]
Вернуться к оглавлению