1. Интенсивность турбулентностиIT:
где - среднее квадратичное значение ( = ) пульсационной скорости. Обычно при движении по трубам
IT=0,01 ÷ 0,1.
2. Масштаб турбулентности – ℓ T
Масштаб турбулентности, называемый также путем смещения, представляет собой расстояние, которое проходит совокупность жидких частиц (вихрь) в поперечном направлении потока с момента возникновения до взаимодействия с другим вихрем, то есть до разрушения. По мнению ряда исследователей, эта величина идентична по своему смыслу пути свободного пробега молекулы в молекулярно-кинетической теории газов, т.е. и в этом случае предполагается, что движение вихря в потоке ограничено пространством аналогичного поведения другого вихря.
3. Турбулентная вязкость – μТ
Согласно закону вязкого трения касательное напряжение при ламинарном режиме одномерного течения определяется:
Здесь μ – коэффициент динамической вязкости (является физической константой), – изменение местной скорости вдоль оси, перпендикулярной направлению потока.
Напряжение вязкостного трения обусловлено силами взаимодействия между молекулами жидкости. В отличие от ламинарного, при турбулентном режиме движения макроскопические частицы жидкости существенно перемещаются не только в продольном, но и в поперечном направлении потока, увеличивая касательное напряжение. По аналогии с вязкостным трением Буссинеском предложено выражение для дополнительной (турбулентной) составляющей полного касательного напряжения:
гдеμТ – коэффициент турбулентной вязкости. Коэффициент турбулентной вязкости не является физической константой, а зависит от абсолютной величины и степени неоднородности скорости потока, интенсивности и масштаба турбулентности. Таким образом, полное касательное напряжение в турбулентном потоке есть сумма:
У стенки, в вязком подслое, движение ламинарное, и, следовательно, нет дополнительных касательных напряжений, а в турбулентной области основную роль играет турбулентная вязкость.
Согласно полуэмпирической теории Прандтля,
, причем ℓT= k · z,
где k – универсальная постоянная турбулентного потока.
Предполагается, что полное касательное напряжение в пристенной области (вязком подслое) турбулентного потока есть величина постоянная, поэтому для τ по всему сечению потока можно записать: