О новом методе замыкания уравнений турбулентного движения сжимаемого теплопроводного газа

Рассмотрен современный подход к термодинамическому моделированию развитых турбулентных течений сжимаемого газа, базирующийся на систематическом применении формализма расширенной необратимой термодинамики (РНТ), которая выходит за пределы гипотезы о локальном равновесии — неотъемлемого атрибута классической неравновесной термодинамики (КНТ). Кроме классических термодинамических переменных РНТ вводит в рассмотрение новые параметры состояния — диссипативные потоки и средства для получения соответствующих эволюционных уравнений, согласующихся со вторым законом термодинамики. В статье детально обсуждается обоснование ряда постулатов и предположений физического и математического характера, используемых при построении термодинамической модели развитой турбулентности. Представление турбулентного течения газа в виде непрерывного континуума, состоящего из двух термодинамических подсистем — подсистемы осредненного движения и подсистемы турбулентного хаоса, рассматриваемого как конгломерат мелкомасштабных вихревых образований, позволяет в рамках указанного формализма сконструировать новые модели континуальной механики для получения причинно-следственных дифференциальных уравнений переноса турбулентных потоков импульса и тепла, которые совместно с осредненными законами сохранения описывают развитые турбулентные течения с поперечным сдвигом. В отличие от градиентных (непричинных) соотношений для турбулентных потоков, подобного рода дифференциальные уравнения пригодны для исследования как нелокальных явлений, так и нелинейных эффектов. Таким образом, модели турбулентности второго порядка, лежащие в основе так называемого инвариантного метода моделирования развитой турбулентности, получают в рамках РНТ термодинамическое обоснование.