北大大气动力学基础课件第5章 大气边界层.pptxVIP

大气边界层：紧靠地球表面的1-3公里的大气层。 该层占有10%的大气质量。 1、该层在地-气和海-气相互作用过程中 起有重要作用。 2、 湍流运动该层的显著特征。 3、摩擦力与气压梯度力、科氏力同等重要。 第 5 章 大气边界层 Transitional/turbulent transitional Reynolds, 1883 turbulent laminar Reynolds实验，1883 ：管中流动的层流、湍流。 Reynlds, 1895: 提出湍流运动方程组可以通过 两次平均得到： 对分子运动平均 对湍涡运动平均 平均指统计平均、或时空平均，气象上多用时间平均 A = A + A′ 瞬时运动 平均运动 A = 0 §1 雷诺平均方程组 湍流脉动 平均规则： A = A A′ = 0 S 可以是 x, y, z, t AB = AB + A′B′ A + B = A + B ∂A ∂A = §1 雷诺平均方程组 ∂s ∂s ∂(ρ + ρ′) ∂[ρ(u + u′)] ∂[ρ(v + v′)] ∂[ρ(w + w′)] ∂t ∂x ∂y ∂z + + + = 0 ∂(ρ u′) ∂(ρ v′) ∂(ρ w′) ∂x ∂y ∂z p + p′ = ρ R(T + T′), p = RρT + R ρT′ = RρT 简化： ρ = ρ §1 雷诺平均方程组 + + + = 0 + + = 0 连续性方程： 状态方程 − fv = − + Fx + (− ρu′u′) + (− ρu′v′)+ (−ρu′w′) + fu = − + Fy + (− ρv′u′) + (− ρv′v′) + (−ρv′w′) = − − g +Fx + (−ρw′u′)+ (−ρw′v′)+ (−ρw′w′) d ∂ ∂ ∂ ∂ dt = ∂t + u ∂x + v ∂y + w ∂z 平均动量方程： §1 雷诺平均方程组 式中： ∂u ∂u ∂u ∂x ∂y ∂z ∂u ∂u ∂u ∂u′ ∂u′ ∂u′ = u ∂x + v ∂y + w ∂z + u′ ∂x + v′ ∂y + w′ ∂z = u + v + w + ρu′ + ρv′ + ρw′ = u + v + w + (ρu′u′) + (ρu′v′) + ( ρu′w′) 得到最后一步时，利用了脉动运动满足的连续性方程。 §1 雷诺平均方程组 u + v + w 注意 湍流摩擦力： f i = 雷诺应力张量： ⎛⎜τxx τyx τzx ⎞⎟ ⎛⎜− ρu′u′ − ρu′v′ ρu′w′ ⎞⎟ τ = ⎜τ τ τ ⎟ = ⎜ − ρv′u′ − ρv′v′ − ρv′w′ ⎟ ⎠⎟ ⎜⎝− ρw′u′ − ρw′v′ − ρw′w′⎠⎟ τyx = τ , τ = τ , τ = τ xy yz zy zx xz §1 雷诺平均方程组 τzx = −ρu′w′ 雷诺应力的意义： 表示作用在垂直z轴的平面上的应力在x方向的分量， 由垂直向速度的脉动造成x 向脉动量的向下输送，