Представление вихрей в современной физике

В современной физике с вихрями полная неразбериха. В работе <a class="postlink" href="http://engine.aviaport.ru/issues/40/page44.html" onclick="window.open(this.href);return false;">http://engine.aviaport.ru/issues/40/page44.html</a> Юрий Кочетков пытается разделаться с турбулентностью, вихрями и жгутами. Но похоже, что уважаемый дтн слышал звон, но не знает где он. Уже в своей иллюстрации

​

он малость напутал. Сравним её с иллюстрацией Шлихтинга из книги "Теория пограничного слоя".

​

Шлихтинг указал направление вращения внутреннего цилиндра. Со своей научной "добросовестностью" Кочетков не указал направления вращения цилиндров. Чем дальше в лес, тем больше дров. С правой стороны рисунка у Кочеткова всё логично: соседние вихри вращаются в противоположных направлениях, катясь друг по другу. Вихревые же шнуры левой половины рисунка катятся в одном и том же направлении, в месте контакта скользя друг по другу. И за что он так наказал вихри? Мало того что вихри скользят по поверхностям цилиндров. Так он заставил их скользить ещё и друг по другу, нарушая закон сохранения момента количества движения.
Излагая известные ему экспериментальные факты, Кочетков не грешит против истины.
"Винтовые течения являются векторным сложением двух течений, поступательного и вращательного (вихревого). Причем вращательное движение может осуществляться как по закону твердого тела, так и по законам вязкой жидкости. Для большинства реально функционирующих аппаратов этот закон близок к комбинированному. Непосредственно у оси вращения выполняется закон твердого тела, а на периферии - вязкой жидкости, что также приводит к отклонению от идеального винтового течения (например, течение за вращающимся винтом пропеллера).
Течение в вихре может быть пульсирующим, таким как в тороидальном вихре с большим радиусом вращения, образующимся за уступом в сопле РДТТ.
Скорость на внутреннем кольце тора может заметно отличаться от скорости на внешнем кольце, что приводит к возникновению так называемых струхалевских частот."
Вылетающая из сопла РДТТ (ракетный двигатель на твёрдом топливе) струя является, как правило, сверхзвуковой. Вылетает же она в неподвижный воздух (испытания явно производились на стенде, в полёте приборов в струю не разместишь). Изменение условий течения для струи и порождало торообразный вихрь Тейлора.

Вращение идёт вокруг окружности в центре тора. Взяв любое его сечение, мы увидим, что выполняются условия эффекта Магнуса.

​

Поэтому этот вихрь при движении будет увеличивать свой радиус подобно дымовому кольцу, выпускаемому курильщиками. Поэтому сопло ракеты и будет дискретным образом выпускать кольца курильщиков.

Кочетков привёл прекрасные иллюстрации экспериментальных работ.
"Для турбулентного потока характерным деформационным движением является кручение. В отличие от вихревого и винтового течения кручение имеет свойство упругости потока..."
"Одним из удачных снимков, сделанных А. А. Павельевым и О. И. Навозновым в 1972 году, является фотография струи гелия в спутном потоке воздуха."

​

"Аналогичная картина была получена методом горячей визуализации в виде следов высокотемпературного потока продуктов сгорания на стенке профилированного сопла модельного РДТТ."

​

Но экспериментально полученные факты в устах Кочеткова приобрели неправильную трактовку. Он явно незнаком с работой Sirovich L., Ball K. L., Keefe L. R. Plane waves and structures in turbulent channel flow. Phys Fluids A2 (12), December 1990, 2217-2226. В ряде патентов РФ (оформленных по результатам этой работы, но уже не поддерживаемых) авторы привели следующую иллюстрацию когерентной системы парных вихрей, возникающих на поверхности тела в пограничном слое

​

В каждой паре вихрей направления вращения противоположны друг другу и двигаются они в направлении своей оси в противоположных направлениях. А т.к. поток их сносит, то они формируют ряд ёлочек, изображенных на рисунке. А приведённые Кочетковым иллюстрации как раз и демонстрировали поведение потоков на поверхности раздела: в одном случае гелия и воздуха, а во втором случае продуктов сгорания и твёрдой поверхностью сопла. Согласно же работе Сировича с соавторами когерентная система вихрей постоянно разрушалась только для того, чтобы возникать вновь и вновь. Т.е. в случае гелия с воздухом это мгновенная фотография "ёлочек" вихревого течения. В случае же сопла РДТТ когерентная система вихрей (система "ёлочек") после разрушения возникает на том же месте, что и даёт такой характер следа. Можно отметить, что такой же характер имеет и "течение" сыпучих сред по трубопроводам, скажем, угольной пыли на угольных ТЭЦ, в результате которых на стенках трубопроводов появляются пилообразные следы, по которым и протирается металл.