湍流与层流_湍流论述.pdf

第一篇 大气的组成与物理特性 第一章 大气的气体成份 第二章 大气中的粒子群 第三章 大气的运动、能量与构造 第四章 大气的光学特性 第五章 大气的电学特性 1 第二篇 大气湍流 粘性流体的两种形态： 层流和湍流。 层流是流体运动中较简单的状态， 普遍的却是湍流。 2 湍流研究的意义 湍流的研究与国防建设和国民经济中 的航空、船运、环境保护、气象、化工、 冶金、水利、医学等学科密切相关，如果 能掌握它的运动规律，对它进行合理的应 用和有效的控制，那么对基础研究与实际 应用将有重大的意义。 3 湍流研究的成果 人们对湍流结构、湍流边界层、湍流 剪切流、湍流的传热传质、湍流扩散、湍 流统计模型、大气湍流、晴空湍流、等离 子湍流、湍流测量等问题进行了广泛的研 究，并取得了丰硕的成果。 4 本节的内容 湍流的一般定义和描述； 湍流与层流的区别； 湍流理论发展的历史； 湍流理论简介； 湍流的特点； 大气湍流的复杂性； 湍流研究技术的发展。 5 湍流的一般定义和描述 1. 湍流是随机的（Reynolds，Taylor，Von Karman ，Hinze等），又具有拟序结 构。 2. 流体的湍流运动是由各种大小和涡量 不同的涡旋叠加而成的，其中最大涡 尺度与流动环境密切相关，最小涡尺 度则由粘性确定；流体在运动过程中， 涡旋不断破碎、合并，流体质点轨迹 不断变化。 6 湍流的一般定义和描述（续） 3. 在某些情况下，流场中流体呈非线性 完全随机的运动；在另一些情况下， 流场中的流体随机运动和拟序结构并 存。 4. 湍流中的特征呈现连续的变化，人们 将N—S方程作为湍流运动的基本方程 。 返回 7 湍流与层流的区别 共同点 区别一：控制方程不同 区别二：性质上不同 两者的联系与转换 返回 8 粘性流体运动的一般性质 (1)运动的有旋性； (2)能量的耗损性； (3)涡旋的扩散性。 返回 9 流体的控制方程 层流是一种有序的确定性的流体运动，流体物 理量除了在分子热运动的微观尺度上有随机 的起伏外，在宏观尺度上都是确定性的。可 以直接从纳维—斯托克斯方程出发通过解方 程把流场求出来 。 湍流则是一种宏观的时间和空间尺度上无序的 非确定性的流体运动，其流体物理量的变化 是无规则的。其控制方程现在仍认为是雷诺 方程 返回 10 性质上绝然不同 ——表现在传热和传质上 层流的特征是流体运动规则，各部分分层流 动互不掺混，质点的迹线是光滑的，而且 流场稳定．湍流的特征则完全相反，流体 运动极不规则．各部分激烈掺混，质点的 轨线杂乱无章，而且流场极不稳定． 湍流运动产生的质量和能量输运将远远大于 分子热运动产生的宏观输运，湍流场中质 量和能量的平均扩散远远大于层流扩散。 返回 11 两者之间的联系和转换 Re数作为层流过渡到湍流去的决定参数， Re数代表惯性力和粘性力之比．当Re数 较小时粘性力比惯性力大，此时流动稳 定，扰动是衰减的；当Re数变大时，惯 性力较粘性力大．此时流动比较不稳定， 扰动容易发展增强，形成湍流．