演示文稿湍流動能穩(wěn)定和尺之

（優(yōu)選）湍流動能穩(wěn)定度和尺度之ppt講解現(xiàn)在是1頁\一共有25頁\編輯于星期三第四章湍流動能、穩(wěn)定度和尺度湍流動能TKE1

穩(wěn)定度

2尺度3現(xiàn)在是2頁\一共有25頁\編輯于星期三PS.大氣湍流動能(TKE)常見的動能（KE）定義為KE=0.5mU2當(dāng)研究空氣之類的流體時，通常討論其單位質(zhì)量的動能KE/unitmass=0.5U2大氣動能～時間平均脈動運(yùn)動動能平均運(yùn)動動能現(xiàn)在是3頁\一共有25頁\編輯于星期三平均動能(MKE,與平均風(fēng)速有關(guān))湍流動能(TKE,與湍流有關(guān))氣流動能TKE的大小標(biāo)志著湍流的強(qiáng)弱，直接關(guān)系到邊界層大氣動量、熱量和溫度等屬性的輸送。而且，TKE與穩(wěn)定度、太陽輻射有關(guān)?，F(xiàn)在是4頁\一共有25頁\編輯于星期三典型的TKE在白天對流條件下的變化1978年8月飛機(jī)在Tennessee上空300米以下測得的的日變化?，F(xiàn)在是5頁\一共有25頁\編輯于星期三白天對流混合層晴空，微風(fēng)，16:00

近中性，強(qiáng)風(fēng)（在地面10-15m/s）,多云，11:00夜空穩(wěn)定邊界層，22:00不同邊界層湍流動能垂直廓線高度（km）現(xiàn)在是6頁\一共有25頁\編輯于星期三4.1湍流動能TKE收支方程（重點(diǎn)）TKE:TKE收支/預(yù)報方程:現(xiàn)在是7頁\一共有25頁\編輯于星期三方程推導(dǎo)步驟---動量守恒方程大氣邊界層平均量控制方程大氣邊界層湍流脈動量控制方程湍流方差控制方程湍流能量控制方程現(xiàn)在是8頁\一共有25頁\編輯于星期三

動量方程動量平均量方程:動量脈動量方程:動量方差方程:現(xiàn)在是9頁\一共有25頁\編輯于星期三假設(shè)湍流場水平均一、忽略下沉，TKE方程表達(dá)式為：（Ⅱ

平流項(xiàng)）ⅠⅢⅣⅤⅥⅦ將，和三個速度方差獨(dú)立分量預(yù)報方程疊加再除以2，得到TKE的收支方程若同時將坐標(biāo)軸x取在平均風(fēng)向，TKE方程最終表達(dá)式為：現(xiàn)在是10頁\一共有25頁\編輯于星期三Ⅰ

湍能儲存項(xiàng)，表示湍流能量的增強(qiáng)或減弱Ⅲ

浮力產(chǎn)生或消耗項(xiàng)，浮力作功對湍能的貢獻(xiàn)Ⅳ

機(jī)械(切變)產(chǎn)生項(xiàng)，雷諾應(yīng)力作功對湍能的貢獻(xiàn)

Ⅴ

湍流輸送項(xiàng)，湍流能量由

攜帶在垂直方向的輸送，若各個高度上輸送量不同()，則在其層間累積或虧損Ⅶ

TKE的粘滯耗散，使湍能轉(zhuǎn)化為熱能，表現(xiàn)為簡寫ⅠⅢⅣⅤⅥⅦTKE收支/預(yù)報方程:方程反映了邊界層中單位質(zhì)量空氣湍流動能的變化：Ⅵ

氣壓相關(guān)項(xiàng)，壓力脈動作功對湍能的貢獻(xiàn)，

很難測定

現(xiàn)在是11頁\一共有25頁\編輯于星期三Ⅰ

湍能儲存項(xiàng)現(xiàn)在是12頁\一共有25頁\編輯于星期三Ⅰ

湍能儲存項(xiàng)現(xiàn)在是13頁\一共有25頁\編輯于星期三曲線：白天自由對流（浮力強(qiáng)）時，TKE廓線陰影：切變（強(qiáng)風(fēng)）和浮力都活躍時，TKE廓線Ⅰ

湍能儲存項(xiàng)現(xiàn)在是14頁\一共有25頁\編輯于星期三ⅠⅢⅣⅤⅥⅦ被歸一化的湍流動能方程中的若干項(xiàng)浮力產(chǎn)生/消耗項(xiàng)切變產(chǎn)生項(xiàng)Ⅲ

浮力產(chǎn)生/消耗項(xiàng)Ⅳ

機(jī)械(切變)產(chǎn)生項(xiàng)現(xiàn)在是15頁\一共有25頁\編輯于星期三ⅠⅢⅣⅤⅥⅦSP=3BPLSP=-3BPL3SP=BPLSP=-BPL自由對流和強(qiáng)迫對流的近似狀況Ⅲ

浮力產(chǎn)生/消耗項(xiàng)Ⅳ

機(jī)械(切變)產(chǎn)生項(xiàng)現(xiàn)在是16頁\一共有25頁\編輯于星期三機(jī)械的強(qiáng)迫對流熱力的自由對流思考：請根據(jù)湍渦形狀判斷自由對流和強(qiáng)迫對流？現(xiàn)在是17頁\一共有25頁\編輯于星期三ⅠⅢⅣⅤⅥⅦTKE垂直通量廓線z/zi=0.3-0.5，最大TKE凈輻散/損失TKE凈輻合/產(chǎn)生Ⅴ

湍流輸送項(xiàng)現(xiàn)在是18頁\一共有25頁\編輯于星期三ⅠⅢⅣⅤⅥⅦ耗散率廓線耗散率-高度耗散率-高度耗散率-時間Ⅶ

TKE的粘滯耗散現(xiàn)在是19頁\一共有25頁\編輯于星期三同樣，可推導(dǎo)出平均運(yùn)動的能量方程：Ⅰ 平均運(yùn)動能量的存儲；Ⅱ 平均風(fēng)對平均運(yùn)動能量的平流；Ⅲ 重力作用于垂直運(yùn)動對能量的增強(qiáng)或減弱Ⅳ 表示科氏力的效應(yīng)；Ⅴ 氣壓梯度力的作用對能量的增強(qiáng)或減弱；Ⅵ 平均運(yùn)動的分子耗散，一般可以略去不計(jì)；Ⅹ 表示平均流與湍流的相互作用?，F(xiàn)在是20頁\一共有25頁\編輯于星期三假設(shè)垂直速度w為零，并取平均風(fēng)向坐標(biāo)軸x軸，則將上式X項(xiàng)可寫作：

平均能量方程中項(xiàng)與湍流能量方程中項(xiàng)，表達(dá)式相同而符號相反，說明雷諾應(yīng)力作功使湍流運(yùn)動從平均運(yùn)動獲取能量。從而，有：現(xiàn)在是21頁\一共有25頁\編輯于星期三4.2.1靜力穩(wěn)定度靜止大氣中產(chǎn)生浮力對流的潛在能力與氣流運(yùn)動無關(guān)，僅與空氣密度(溫度)分布有關(guān)4.2大氣穩(wěn)定度（掌握）

不穩(wěn)定因子：片流湍流穩(wěn)定因子：維持氣流穩(wěn)定不穩(wěn)定因子和穩(wěn)定因子雷諾數(shù)、理查遜數(shù)、羅斯貝數(shù)等現(xiàn)在是22頁\一共有25頁\編輯于星期三局部定義：