粘性流体力学6.pptVIP

拟序结构 发卡涡，猝发等拟序结构 已经讲过，不再重复。 拟序结构 自由剪切中的拟序结构 混合层大涡结构，由于不稳定性出生的大涡随着往下游流动，不断地互相合并 湍流发现虽然已有一百多年。许多著名的流体力学家都曾经涉足于湍流的研究，如Prandtl, Karman, Taylor, Heisenberg等等。但是湍流仍然是一个很不清楚的物理现像。它的复杂性可能超过了许多流体力学家早期的估计。 许多年以来，湍流研究都期望从基本方程求得一个适用范围广泛的解。上百年的努力，没有实现这一期望。 湍流拟序结构的发现，加深了对湍流的认识，主要是它的复杂性的认识。 现在看来湍流基本上是由大尺度和小尺度的多重结构组成。结构的差异，不仅在于尺度的大小，更主要的是它们的流动特征。 二者的时空变化都有一定的随机性。但是小尺度湍流的随机性表现为正态分布。 大尺度的是拟序结构，其随机性多表现为对数正态分布。 小尺度是相对均匀的，并且比较近于各向同性。 对于均匀各向同性的小尺度湍流，早期的流体力学家发展了湍流统计理论，应用到湍流的传质传热的分析和估算。 Batchelor是GI?Taylor之后，剑桥学派的领袖。不过他其实并不是英国人，而是澳大利亚人。他从小在墨尔本长大。第二次世界大战其间，在从事了一个航空相关的课题研究中，? 他对湍流研究产生了浓厚的兴趣，尤其是GI?Taylor三十年代关于湍流研究的工作。于是他?就给Taylor写信，想做他的research?student。Taylor很快同意了。 Batchelor是一个很跋?扈的人，说话颇有些像黑社会的老大的风范。他有一个死党和跟屁虫。他非常想让这个跟屁虫跟他一块到英国去研究湍流，省得他一个人寂寞。这个死党呢，大学学的是跟湍流八? 竿子打不着的核物理。这并不要紧，Batchelor充分发挥了他黑社会老大般的威严对他说，“跟我到英国找Taylor研究湍流去吧！”这个铁杆兄弟也不含糊，立刻说，好，跟老大走? 。不过走前，你回答我两个问题：谁是G.I.?Taylor??湍流是什么玩艺？前一个问题好回答? ，后一个问题，Batchelor究竟是怎么回答的，是威逼利诱，还是晓之以理动之以情说服的? ，大家一直为这个问题争论了几十年。 总之，最后两人都去了英国。见了Taylor呢，两人?都失望了，原来Taylor已经不搞湍流了，全力搞什么水下爆炸之类的跟军事有关的课题（?估计这个来钱）。好在大师就是大师，让这两个年轻人自编自导自己去折腾，在旁边指导指导。最后两人都成为大师。Batchelor的这个小兄弟究竟是谁呢？呵呵，就是大名鼎鼎的AA?Townsend。这个故事再次说明跟好一个老大是多么重要亚。?  有关的研究在Hinze(1975)所著的“Turbulence”一书中有丰富的文献。 对均匀各向同性湍流的实验研究，早期广泛地使用热线风速仪。这是一种定点测量的，欧拉性质的测量。不过既然是在空间均匀分布，和测量点的位置无关。而且按Taylor的冻结理论，时间序列的测速数据也可以转化为脉动流速沿流向分布。湍流拟序结构要比小幅度的均匀各向同性的湍流要复杂得多。 现在能够对拟序结构进行量化的仅仅是少数拟序结构的少数特征，如底层快慢斑的间距，慢斑上升或猝发的频率。因为现在对拟序结构的认识还主要是它的图像。拟序结构本身是立体的，是沿时空四度空间变化的。 对于湍流边界层拟序结构的立体图像的观测，Praturi Brodkey(1978)虽然用微粒显示进行过观测，但是所得的结果只有文字叙述。现在虽然微粒成象测速技术（PIV）虽然已有了很大的发展。但是测量三维流场瞬时测速，还是分辨率很低，困难很大，是尚未解决的问题。 虽然使用立体摄影，可以测量散布的微粒的瞬时的三维的流速分布，但是现在只能使用很稀疏的微粒分布，因而所得的数据的空间分辨率很低。不足以分析研究拟序结构。现在流动显示所得的拟序结构图像基本上是平面照片。因而它们只能代表拟序结构的一部分特征。即使对一种拟序结构的观测，也是不完整的。 例如，对于慢斑的观测，现在所得的图像大多数是近壁区的平面图像。一个慢斑如何向垂直于壁面方向发展？就很少有分析研究。 猝发是一个重要的现像，它的频率已经被许多进行条件采样的已经作过测量。早期就知道它是慢斑上升的结果。但是在慢斑中上升的流体如何演变成为猝发？这个过程也很不清楚，也很少研究文献。 湍流边界层拟序结构的研究虽然已有多年，但是无论是理论分析或是实验研究都有很大的困难。因此许多问题仍然是很不表楚； 例如涡结构存在的形式，它们从内区到外区的变化，涡结构的生成过程，等等。 发卡涡曾经被认为是主要的涡结构，但是近来的实验表明在充分发展的湍流边界层中很难存在完整的发卡涡。 暗班具有很大的动能，是很活跃的一种结构。它可能对近壁区的拟