柯尔莫哥洛夫微尺度是湍流中最小的尺度。在柯尔莫哥洛夫尺度上,粘度占主导地位,湍流动能消散为热量。它们由定义
其中\varepsilon是每单位质量的湍流动能的平均耗散率,和\nu是流体的运动粘度。 柯尔莫哥洛夫长度尺度的典型值,对于大气运动,其中对于千米级的大涡流,尺度范围大约从 0.1 到 10 毫米;对于较小的流,例如在实验室系统中的流, \eta可能要小得多。
柯尔莫哥洛夫在他1941年发表的理论中称,最小尺度的湍流是普遍的(对于每一个湍流都相似),并且它们只依赖于\varepsilon和\nu 。 柯尔莫哥洛夫微尺度的定义可以通过这种理论和量纲分析得到。由于运动粘度的维度是长度2 /时间,单位质量的能量耗散率的维度是长度2 /时间3 ,所以唯一具有时间维度的组合是 \tau_\eta=(\nu / \varepsilon)^{1/2}这是柯尔莫罗戈夫时间尺度。同样,柯尔莫哥洛夫长度尺度是唯一的组合\varepsilon和\nu具有长度尺寸。
或者,可以从均方应变率张量的倒数中获得柯尔莫哥洛夫时间尺度的定义, \tau_\eta = (2 \langle E_{ij} E_{ij} \rangle)^{-1/2} 这也给出了 \tau_\eta=(\nu/\varepsilon)^{1/2}使用单位质量的能量耗散率的定义 \varepsilon = 2 \nu \langle E_{ij} E_{ij} \rangle .那么柯尔莫哥洛夫长度尺度可以得到雷诺数等于1的尺度, \mathit{Re} = UL/\nu = (\eta/\tau_\eta) \eta / \nu = 1 .
柯尔莫哥洛夫 1941 理论是一种平均场理论,因为它假设相关的动态参数是平均能量耗散率。在流体湍流中,能量耗散率随空间和时间波动,因此可以将微尺度视为也在空间和时间上变化的量。但是,标准做法是使用平均场值,因为它们代表给定流量中最小尺度的典型值。
另见
- 泰勒微尺度
- 积分长度刻度
参考文献
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