1.1湍流的特征ppt課件

1、11.1湍流的特征 2什么是湍流？什么是湍流？湍流現(xiàn)象湍流現(xiàn)象345 10 km12 km對流層對流層平流層平流層邊界層邊界層6雜亂、隨機(jī)、無序雜亂、隨機(jī)、無序達(dá)芬奇描繪的湍流達(dá)芬奇描繪的湍流火山爆發(fā)火山爆發(fā)7什么是湍流什么是湍流湍流的定義湍流的定義Von.KarmanVon.Karman和和I.G TaylorI.G Taylor對湍流的定義：湍流是流體和氣體中出現(xiàn)的一種無規(guī)對湍流的定義：湍流是流體和氣體中出現(xiàn)的一種無規(guī)則流動(dòng)現(xiàn)象，當(dāng)流體流過固體邊界或相固流體相互流過時(shí)會產(chǎn)生湍流。則流動(dòng)現(xiàn)象，當(dāng)流體流過固體邊界或相固流體相互流過時(shí)會產(chǎn)生湍流。HinzeHinze對湍流的定義為：只提不規(guī)則運(yùn)動(dòng)

2、不全面，對湍流的定義為：只提不規(guī)則運(yùn)動(dòng)不全面，“湍流的各個(gè)量在時(shí)間和空湍流的各個(gè)量在時(shí)間和空間上表現(xiàn)出隨機(jī)性。間上表現(xiàn)出隨機(jī)性。周培源：湍流為一種不規(guī)則的渦旋周培源：湍流為一種不規(guī)則的渦旋(eddy)(eddy)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。到目前為止，科學(xué)界還無法給出湍流的嚴(yán)格的科學(xué)定義到目前為止，科學(xué)界還無法給出湍流的嚴(yán)格的科學(xué)定義8 湍流的主要特征湍流的主要特征（1 1）不規(guī)則性）不規(guī)則性(Irregularity)(Irregularity)。這是所有湍流的特性，從動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來看，。這是所有湍流的特性，從動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來看，湍流必定是不可預(yù)測的，研究湍流大多是用統(tǒng)計(jì)的方法。湍流必定是不可預(yù)測的，研究湍流

3、大多是用統(tǒng)計(jì)的方法。（2 2）擴(kuò)散性）擴(kuò)散性(Diffusivity)(Diffusivity)。這是湍流的另一個(gè)重要性質(zhì)，它加速流體混合，增。這是湍流的另一個(gè)重要性質(zhì)，它加速流體混合，增加動(dòng)量、熱、質(zhì)量交換的速率。如果某種流動(dòng)雖然是隨機(jī)的，但是它在周圍的流加動(dòng)量、熱、質(zhì)量交換的速率。如果某種流動(dòng)雖然是隨機(jī)的，但是它在周圍的流體中不出現(xiàn)擴(kuò)散現(xiàn)象，那么肯定不是湍流，例如噴氣式飛機(jī)的尾跡。湍流具有比體中不出現(xiàn)擴(kuò)散現(xiàn)象，那么肯定不是湍流，例如噴氣式飛機(jī)的尾跡。湍流具有比分子運(yùn)動(dòng)強(qiáng)得多的擴(kuò)散能力。分子運(yùn)動(dòng)強(qiáng)得多的擴(kuò)散能力。（3 3）大雷諾數(shù)）大雷諾數(shù)(Large peynolds numbers)(L

4、arge peynolds numbers)。湍流是一種在大雷諾數(shù)條件下才出。湍流是一種在大雷諾數(shù)條件下才出現(xiàn)的現(xiàn)象，現(xiàn)的現(xiàn)象，ReRe越高，層流流動(dòng)變得不穩(wěn)定而出現(xiàn)湍流。隨機(jī)性和非線性特性使湍越高，層流流動(dòng)變得不穩(wěn)定而出現(xiàn)湍流。隨機(jī)性和非線性特性使湍流方程的求解相當(dāng)棘手。流方程的求解相當(dāng)棘手。（4 4）三維渦旋脈動(dòng)）三維渦旋脈動(dòng)(Three-dimensional vorticity fluctuations)(Three-dimensional vorticity fluctuations)。湍流是以。湍流是以高頻脈動(dòng)渦旋為特征的有旋三維運(yùn)動(dòng)，因此，渦旋動(dòng)力學(xué)在湍流種類中起著至關(guān)高頻脈動(dòng)渦

5、旋為特征的有旋三維運(yùn)動(dòng)，因此，渦旋動(dòng)力學(xué)在湍流種類中起著至關(guān)重要的作用。如果速度脈動(dòng)是二維的，渦旋脈動(dòng)將不能保持。渦旋拉伸是不可能重要的作用。如果速度脈動(dòng)是二維的，渦旋脈動(dòng)將不能保持。渦旋拉伸是不可能存在于二維的，例如大氣中二維的龍卷風(fēng)不是湍流運(yùn)動(dòng)存在于二維的，例如大氣中二維的龍卷風(fēng)不是湍流運(yùn)動(dòng); ;9 湍流的主要特征湍流的主要特征（5 5）耗散性）耗散性(Dissipation)(Dissipation)。湍流運(yùn)動(dòng)由于分子粘性作用總要耗散能量，只有。湍流運(yùn)動(dòng)由于分子粘性作用總要耗散能量，只有不斷從外部供給能量，湍流才能維持不斷從外部供給能量，湍流才能維持. .隨機(jī)運(yùn)動(dòng)隨機(jī)運(yùn)動(dòng), ,比如重力波

6、、聲波都不是湍流，比如重力波、聲波都不是湍流，因?yàn)樗鼈兊恼承院纳⒑苄?。隨機(jī)波和湍流的本質(zhì)區(qū)別是有無耗散。因?yàn)樗鼈兊恼承院纳⒑苄　ｋS機(jī)波和湍流的本質(zhì)區(qū)別是有無耗散。（6 6）連續(xù)性）連續(xù)性(Continuum)(Continuum)。湍流是一種連續(xù)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，即使最小尺度的。湍流是一種連續(xù)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，即使最小尺度的湍流也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于任何的分子長度尺寸，因此滿足連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本規(guī)律，例湍流也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于任何的分子長度尺寸，因此滿足連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本規(guī)律，例如如N-SN-S方程。方程。（7 7）流動(dòng)特性）流動(dòng)特性(Flow characteristics)(Flow characteristics

7、)。湍流不是流體的特性，而是流體運(yùn)。湍流不是流體的特性，而是流體運(yùn)動(dòng)的特質(zhì)，它的主要特點(diǎn)不是由分子控制的。不同的流體其湍流特征（依賴于動(dòng)的特質(zhì)，它的主要特點(diǎn)不是由分子控制的。不同的流體其湍流特征（依賴于外部條件，如邊界條件和初始條件）往往也不一樣，例如邊界層湍流與尾跡湍外部條件，如邊界條件和初始條件）往往也不一樣，例如邊界層湍流與尾跡湍流，所以工程上很難對湍流進(jìn)行統(tǒng)一的模式處理，但是湍流的一些本質(zhì)特征是流，所以工程上很難對湍流進(jìn)行統(tǒng)一的模式處理，但是湍流的一些本質(zhì)特征是普適的，尋找這些普遍規(guī)律正是湍流理論研究的中心任務(wù)；普適的，尋找這些普遍規(guī)律正是湍流理論研究的中心任務(wù)；10 湍流的主要特征（

8、資料）湍流的主要特征（資料）（8 8）記憶特性（相關(guān)性）。湍流運(yùn)動(dòng)在不同的時(shí)刻或空間不同點(diǎn)上并不是獨(dú)立）記憶特性（相關(guān)性）。湍流運(yùn)動(dòng)在不同的時(shí)刻或空間不同點(diǎn)上并不是獨(dú)立的，而是有相互關(guān)聯(lián)，但這種關(guān)聯(lián)隨著時(shí)間間隔或空間距離的增大而變小，最的，而是有相互關(guān)聯(lián)，但這種關(guān)聯(lián)隨著時(shí)間間隔或空間距離的增大而變小，最后趨近于零；后趨近于零；（9 9）間歇性。內(nèi)間歇：充分發(fā)展的湍流場中某些物理量（特別是高階統(tǒng)計(jì)量）間歇性。內(nèi)間歇：充分發(fā)展的湍流場中某些物理量（特別是高階統(tǒng)計(jì)量）并不是在空間（或時(shí)間）的沒一點(diǎn)上都存在的，即有奇異性。外間歇：指湍流并不是在空間（或時(shí)間）的沒一點(diǎn)上都存在的，即有奇異性。外間歇：指湍

9、流區(qū)與非湍流區(qū)邊界的時(shí)空不確定性，例如積云與藍(lán)天之間的界面。間歇現(xiàn)象是區(qū)與非湍流區(qū)邊界的時(shí)空不確定性，例如積云與藍(lán)天之間的界面。間歇現(xiàn)象是近代湍流研究的重大發(fā)現(xiàn)之一，目前是湍流理論研究的前沿課題近代湍流研究的重大發(fā)現(xiàn)之一，目前是湍流理論研究的前沿課題; ;（1010）猝發(fā)與擬序結(jié)構(gòu)。這也是近代湍流研究的重大發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)表明，在湍流）猝發(fā)與擬序結(jié)構(gòu)。這也是近代湍流研究的重大發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)表明，在湍流混合層和剪切湍流邊界層中存在大尺度的相干結(jié)構(gòu)和猝發(fā)現(xiàn)象，說明湍流不是混合層和剪切湍流邊界層中存在大尺度的相干結(jié)構(gòu)和猝發(fā)現(xiàn)象，說明湍流不是完全無秩序、無內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。這促使人們改變了對湍流的某些傳統(tǒng)觀念。完全無秩序、無內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。這促使人們改變了對湍流的某些傳統(tǒng)觀念。11從層流到湍流（一）從層流到湍流（一）從層流到湍流 Corssin and Karweit 196912從層流到湍流 Frisch (1995)從層流到