(1), wanordelijke, woelige beweging, i.h.b. van gassen en vloeistoffen (bijv. de zogstroom achter een schip) in tegenstelling tot de gelaagde, laminaire stroming (bijv. de Poiseuillestroming door capillairen). Bij de turbulente beweging is op de gemiddelde of hoofdstroming een van ogenblik tot ogenblik en van plaats tot plaats onregelmatig veranderende nevenbeweging gesuperponeerd, met een tijdsgemiddelde (per definitie) = 0.
Een stromingsveld, samengesteld uit een parallelstroming met daarin regelmatig gerangschikte werveltjes of met periodieke fluctuaties, wordt niet tot de turbulente stroming gerekend (pseudo-turbulentie). Analogie van turbulentie: geruis, van pseudo-turbulentie: muzikale toon.Hebben de nevenbewegingen geen voorkeur voor een bepaalde richting (in de stromingsrichting of in een der beide richtingen hier loodrecht op), dan is de turbulentie isotroop, in het andere geval anisotroop. Isotrope turbulentie heerst op grote afstand achter een dwars op de stroming gespannen gaas, anisotrope turbulentie in gebieden met een snelheidsverval loodrecht op de gemiddelde bewegingsrichting, bijv. in stralen, in grenslagen langs vaste wanden, in het vermengingsgebied van twee met verschillende snelheden langs elkaar vloeiende stromingsvelden.
Voor turbulentie kenmerkende grootheden zijn: intensiteit, schaal en frequentie. Onder intensiteit wordt verstaan de wortel uit het tijdsgemiddelde kwadraat der snelheidsfluctuaties (over lange tijd genomen; deze is altijd positief): in turbulente stralen 15-50 pct en meer, in turbulente grenslagen < 10 pct, in isotrope turbulentie <5 pct van de plaatselijke gemiddelde snelheid. De turbulentieschaal heeft de dimensie van een lengte. Men zou er onder kunnen verstaan de weglengte waarover men zich een vloeistofportie verplaatst kan denken voordat deze haar identiteit prijsgeeft en in de nieuwe omgeving opgaat. Deze afstand wordt in de literatuur aangeduid met vermengingsweg (convection path, Mischungsweg); hij is kenmerkend voor een turbulent stromingsveld. Met hypothesen van Prandtl kan men deze vermengingsweg uitrekenen voor turbulente grenslagen, turbulente stroming door buizen, in turbulente stralen. Het is echter gebruikelijk de turbulentieschaal te definiëren als de denkbeeldige doorsnede van gemeenschappelijk bewegende vloeistofmassa’s. Er bestaan experimentele methoden om die turbulentieschaal te meten. Natuurlijk komt aan de snelheidsfluctuaties in een wanordelijk stromingsveld niet een enkele frequentie toe; men kan wel meten welke frequenties voorkomen en hoe hun verdeling is. De beide grootheden intensiteit en schaal zijn in gebruik gekomen ten einde de volkomen wanordelijke beweging met behulp van statistische methoden voor berekening toegankelijk te maken; ze zijn analoog aan de moleculaire snelheid c en de vrije weglengte λ der kinetische gastheorie, doch van andere orde van grootte: voor gassen ligt c tussen ca 4 en 20.104 cm/sec, λ tussen 1 en 2.10-5cm; bij de turbulente stroming ligt de intensiteit tussen enkele cm/sec (mogelijk nog minder) en enkele tientallen m/sec; de schaal kan liggen tussen ca 1 mm (in stralen, grenslagen) en 1000 km of meer (in de atmosfeer). De uitwisselingsprocessen (diffusie van hoeveelheid van beweging, van warmte, van materie) t.g.v. de turbulentie zijn dienovereenkomstig intensiever dan die t.g.v. de moleculaire beweging alleen. Dit is van technisch belang bij mengen, emulgeren, warmteoverdracht, verstuiving, stromingsweerstand.
Turbulentie ontstaat hetzij in een gebied met groot snelheidsverval nabij vaste wanden (grenslaag-turbulentie), hetzij door een groot snelheidsverschil van langs elkaar stromende vloeistoffen (vrije turbulentie, in stralen bijv.), hetzij door dichtheidsverschillen (in de atmosfeer: koude lucht stromend over warme lucht; zoutwater stromend over zoetwater kan eveneens aanleiding geven tot turbulentie). Het gaat hier om de onderlinge verhouding van massakrachten en wrijvingskrachten (demping): dit is een stabiliteitsprobleem. Voor enkele gevallen is het gelukt uit te rekenen wanneer de stroming labiel wordt en dan van de laminaire in de turbulente toestand overgaat. In de vrije natuur zijn gelaagde stromingen, voor zover ze niet door vaste wanden worden geleid, niet stabiel; turbulentie is hier regel.
DR IR B. G. VAN DER HEGGE ZIJNEN
(2, in atmosfeer en oceaan). Voor de uitwisseling van hoeveelheid van beweging, van warmte en van materie, zowel tussen atmosfeer en oceaan als binnen elk van beide, is de turbulentie van het allergrootste belang. In verband hiermee zijn drie bijzonderheden zeer opvallend: ten eerste dat de turbulentie in deze twee media in het algemeen niet isotroop is, d.w.z. in de verticale richting anders is dan in horizontale richtingen; ten tweede dat de turbulente uitwisseling in verticale richting sterk afhangt van de mate van stabiliteit der gelaagdheid in dampkring of zee; ten derde dat de waarde van de grootheid, die de mate van turbulente uitwisseling bepaalt (de „Austausch-coëfficiënt”), afhangt van de schaal waarop men het betrokken verschijnsel beschouwt, of (m.a.w.) van de diameter van de grootste wervelstoringen, die men nog beschouwt als turbulentieelementen, welke niet gezien worden in het gemiddelde beeld van het betrokken „veld” (stromingsveld, temperatuurveld of ander veld); de uitwisselingscoëfficiënt blijkt onder bepaalde omstandigheden evenredig te zijn met de 4/3-de macht van genoemde schaal. In de atmosfeer en de oceaan is vooral de uitwisseling door horizontale turbulentie-op-grote-schaal, door grote wervelbewegingen in ongeveer horizontale vlakken, de laatste tijd het voorwerp geweest van veel onderzoekingen, die betrekking hebben op de mechanismen van de grote systemen van luchtcirculatie en zeestromingen. De verticale turbulente uitwisseling trekt vooral de aandacht in verband met problemen van warmte- en waterhuishouding van het aardoppervlak en van luchtverontreiniging.
PROF. DR P. GROEN.
