Турбуле́нтность, сложное, неупорядоченное во времени и пространстве поведение диссипативной среды и полей, детали которого нельзя воcпроизвести. Впервые понятие турбулентности возникло в 19 в. при изучении нестационарных нерегулярных течений жидкостей и газов, когда возникают многочисленные вихревые образования различных размеров (см. Турбулентное течение). Впоследствии было установлено, что переход от регулярного ламинарного движения к хаотическому характерен и для других сред и полей (акустических полей в твёрдых телах и газах, электромагнитных полей в плазме и т. п.).

Нерегулярность движения макрочастиц жидкости и газа в турбулентных потоках приводит к интенсивному перемешиванию (турбулентной диффузии). В случае молекулярной диффузии среда рассматривается как состоящая из дискретных частиц (молекул, атомов). При турбулентной диффузии среда обычно рассматривается как сплошная.

Турбулентность возникает вследствие гидродинамической неустойчивости ламинарного течения, которое превращается в турбулентное, когда число Рейнольдса $Re=lv/η$ превысит некоторое критическое значение $Re_{кр}$ (здесь $l$ и $v$ – характерные длина и скорость для рассматриваемого течения, $η$ – кинематический коэффициент вязкости).

Возникновение турбулентности при обтекании твёрдых тел может проявляться не только в виде турбулизации пограничного слоя, но и в виде образования турбулентного следа за телом в результате отрыва пограничного слоя от его поверхности. Турбулентность может возникнуть и вдали от твёрдых стенок при потере устойчивости поверхности разрыва скорости и распределения плотностей слоёв жидкости в поле тяжести, т. е. при возникновении свободной конвекции.

При статистическом описании турбулентности гидродинамического поля трактуются как случайные функции от координат и времени и изучаются распределения вероятностей значений этих функций для конечных наборов пространственно-временны́х точек. Наибольший практический интерес представляют средние значения и вторые моменты гидродинамических полей, в том числе дисперсия компонент скорости и компоненты турбулентного потока импульса и теплоты. Статистические моменты гидродинамических полей турбулентного потока удовлетворяют уравнениям Рейнольдса, которые получаются из исходных уравнений Навье – Стокса. Однако уравнения Рейнольдса не замкнуты, и их замыкание основывается на различных полуэмпирических моделях задания компонент тензора турбулентных напряжений. Уравнения Рейнольдса для простейшего типа турбулентности – изотропной турбулентности – подробно изучались Дж. Тейлором (1935), Т. фон Карманом (1937), А. Н. Колмогоровым (1941), В. Гейзенбергом (1948) и др. Однако даже в этом случае не представляется возможным решить задачу полностью, поскольку число уравнений меньше числа неизвестных. Статистическая теория неоднородной турбулентности ещё более ограничена; на практике применяется полуэмпирическая теория турбулентности.

Основную роль при передаче импульса и теплоты через турбулентную среду играют крупномасштабные компоненты турбулентности, сравнимые с масштабами течения в целом, поэтому их описание – основа расчётов сопротивления и теплопередачи при обтекании тел жидкостью или газом. Для этого строятся полуэмпирические модели турбулентности, в которых используется аналогия между турбулентным и молекулярным переносом, вводятся понятия пути перемешивания, коэффициенты турбулентной вязкости и теплопроводности и принимаются гипотезы о наличии линейных связей между напряжениями Рейнольдса $τ$ и средними скоростями деформации, турбулентным потоком теплоты и средним градиентом температуры. Такова, например, применяемая для плоскопараллельного (вдоль оси $О_у$) осреднённого движения формула Буссинеска: $τ=Adu/dy$, где $u$ – средняя скорость движения, $A$ – коэффициент турбулентной вязкости, который, в отличие от коэффициента молекулярной вязкости, уже не является физической постоянной жидкости, а зависит от характера осреднённого движения.

Большую роль в полуэмпирических теориях турбулентности играют гипотезы подобия (см. статью Теория подобия). В частности, они служат основой полуэмпирической теории Кармана, согласно которой путь перемешивания в плоскопараллельном потоке имеет вид $l=-ϰv'/v''$ , где $v=v(y)$ – скорость течения, $ϰ$ – постоянная (штрихи означают производную по $y$). А. Н. Колмогоров предложил использовать в полуэмпирической теории гипотезу подобия, по которой характеристики турбулентности выражаются через её интенсивность $b$ и масштаб $l$ (например, скорость диссипации энергии $ε̄∼b^3/l$). Одним из важнейших достижений полуэмпирической теории турбулентности является установление универсального (при больших $Re$) логарифмического закона для профиля скорости в трубах, каналах и пограничном слое.

Мелкомасштабные компоненты турбулентности, размеры которых малы по сравнению с размерами течения в целом, вносят существенный вклад в ускорение жидких частиц и в определяемую ими способность турбулентного потока нести взвешенные частицы, в относительное рассеяние частиц, в дробление капель в потоке, в перемешивание турбулентных жидкостей, в генерацию магнитного поля в электропроводящей жидкости, в спектр неоднородностей электронной плотности в ионосфере, во флуктуации параметров электромагнитных волн, во флаттер летательных аппаратов и т. д. Описание мелкомасштабных компонент турбулентности основывается на гипотезах Колмогорова о каскадном процессе передачи энергии от крупномасштабных компонент турбулентности к мелкомасштабным. Вследствие хаотичности и многокаскадности этого процесса при очень больших $Re$ режим мелкомасштабных компонент оказывается пространственно-однородным, изотропным и квазистационарным и определяется наличием среднего притока энергии ̄$ε$ от крупномасштабных компонент и равной ему средней диссипации энергии в области минимальных масштабов. По 1-й гипотезе Колмогорова, статистические характеристики мелкомасштабных компонент определяются только двумя параметрами: $ε̄$ и $ν$; в частности, минимальный масштаб турбулентных неоднородностей $λ=(ν3/ε̄) 1/4$ (в атмосфере $λ∼10^{–1}$ м). По 2-й гипотезе, при очень больших $Re$ в мелкомасштабной области существует т. н. инерционный интервал масштабов, больших по сравнению с $λ$, в котором параметр $ν$ оказывается несущественным, так что в этом интервале характеристики турбулентности определяются только одним параметром $ε̄$.

Теория подобия мелкомасштабных компонент турбулентности была использована для описания локальной структуры полей температуры, давления, ускорения, пассивных примесей. Выводы теории подтверждены измерениями характеристик различных турбулентных течений. В 1962 г. А. Н. Колмогоров и А. М. Обухов предложили уточнение теории путём учёта флуктуаций поля диссипации энергии, статистические свойства которых не универсальны: они могут быть разными в различных типах течений и, в частности, могут зависеть от числа Рейнольдса.