第七講紊流擬序結(jié)構(gòu)

1、第七講 紊流擬序結(jié)構(gòu) 近代紊流研究的重大進(jìn)展之一是發(fā)現(xiàn)剪切紊流中存在擬序結(jié)構(gòu)。擬序結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)改變了人們對(duì)紊流運(yùn)動(dòng)的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，紊紊流脈動(dòng)并非完全不規(guī)則的隨機(jī)過(guò)程，而是流脈動(dòng)并非完全不規(guī)則的隨機(jī)過(guò)程，而是在不規(guī)則的脈動(dòng)中包含可辨認(rèn)的有序大尺在不規(guī)則的脈動(dòng)中包含可辨認(rèn)的有序大尺度運(yùn)動(dòng)度運(yùn)動(dòng)，這種有序的大尺度運(yùn)動(dòng)隨機(jī)地出現(xiàn)在剪切紊流中，并主宰紊流的動(dòng)量、能量和質(zhì)量輸運(yùn)。剪切紊流可以分為兩類(lèi)。第一類(lèi)稱(chēng)為近壁紊近壁紊流流（壁紊流），就是在壁面附近的剪切紊流，如槽道、圓管和邊界層紊流。第二類(lèi)稱(chēng)為自自由剪切紊流由剪切紊流，它是沒(méi)有固壁的剪切紊流，如射流、混合層和遠(yuǎn)場(chǎng)尾流。1 自由剪切紊流中的擬序結(jié)構(gòu)在 個(gè)測(cè)點(diǎn)

2、的時(shí)間序列中，紊流狀態(tài)時(shí)間段占全部測(cè)量時(shí)間的比值稱(chēng)為間歇因子 ：以自由來(lái)流的脈動(dòng)速度均方根 為閾值，作為區(qū)分紊流狀態(tài)（脈動(dòng)大于均方根）和非紊流狀態(tài)（脈動(dòng)小于均方根）的準(zhǔn)則。定義一個(gè)示性函數(shù) 如下：NNiiNI1rmsuI0 ,)(1 ,)(22IuuIuurmsrms（紊流）（非紊流）2 紊流邊界層的擬序結(jié)構(gòu)Kline(1967)和他在Stanford大學(xué)的同事用氫氣泡技術(shù)顯示了紊流邊界層內(nèi)層的擬序結(jié)構(gòu)。近壁紊流擬序結(jié)構(gòu)的過(guò)程描述如下：（1）近壁的條帶（2）條帶的升起、振動(dòng)和破裂（3）下掃和條帶的再現(xiàn)近壁紊流擬序結(jié)構(gòu)的重要意義在于它是生成紊流的重要機(jī)制。近壁紊流中的速度脈動(dòng)強(qiáng)度和雷諾應(yīng)力的分布如下圖所示：紊流邊界層外層是弱剪切層，外層是以瞬時(shí)的紊流和非紊流界面為邊界，同時(shí)擬序運(yùn)動(dòng)以展向渦為主。由于紊流邊界層外層界面的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，難以用氫氣泡技術(shù)顯示外層圖象，外層結(jié)構(gòu)常用煙氣顯示。3 簡(jiǎn)單紊流的控制 近代空氣動(dòng)力學(xué)家Liepmann曾經(jīng)預(yù)言：“紊流中存在有序結(jié)構(gòu)的最重要的方面也許是以干擾這種大尺度結(jié)構(gòu)來(lái)控制紊流”。 自由剪切紊流的擬序結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，它們主要由大尺度的二維波組成，對(duì)這種波的頻率進(jìn)行干擾，就可以