ИСТИНА

При переходных числах Рейнольдса в трубе круглого сечения возникают пространственно-локализованные турбулентные структуры, называемые турбулентными порывами. Турбулентные порывы отделены друг от друга ламинарным потоком и располагаются случайным образом по длине трубы. Протяженность турбулентного порыва не меняется с течением времени, оставаясь равной нескольким диаметрам трубы. Порывы сносятся вниз по потоку примерно со средней скоростью течения. Понимание механизмов формирования и самоподдержания турбулентного порыва, возможно, позволит понять структуру более сложных турбулентных течений. Эволюция турбулентного порыва во времени имеет хаотический характер. К тому же в произвольный момент времени турбулентный порыв может исчезнуть в ламинарном потоке. Это осложняет его исследование. В работе [Avila et al. "Streamwise-localized solutions at the onset of turbulence in pipe flow." Physical review letters 110.22 (2013): 224502.] численно было найдено решение уравнений Навье-Стокса, напоминающее турбулентный порыв, но имеющее более простую структуру. Это решение принадлежит сепаратрисе, разделяющей области притяжения ламинарного и турбулентного режимов и, следовательно, неустойчиво. В настоящей работе было численно воспроизведено решение на сепаратрисе. Уравнения Навье-Стокса в достаточно длинной области (60 диаметров трубы) решаются конечно-разностным методом. Решение на сепаратрисе находится вариацией начальных условий методом бисекции. Удается удержать неустойчивое решение на сепаратрисе достаточно долго, чтобы определить основные его характеристики. Полученное решение оказывается периодическим по времени с периодом 15D/U (D — диаметр трубы, U — средняя скорость) и локализованным в продольном направлении на отрезке длинной около 20D. Скорость сноса структуры вниз по потоку составляет примерно 1.5U. Определены области обмена энергией между стационарной и периодической составляющими, что позволяет судить о механизме самоподдержания полученного решения. Работа выполнена с использованием ресурсов суперкомпьютерного комплекса МГУ имени М.В. Ломоносова при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект 14-01-00295-а.