文档介绍：湍流的研究进展
丁立新
(青岛科技大学)
摘要本文重点就湍流的理论研究进展作一阐述,从湍流的相干结构、表征及发展由来,到上世纪末湍流研究进展的雷诺方程,本世纪湍流的统计理论和半经验理论发展,湍流的模式理论,湍流的高级数值模拟分别论述,并为主要的工程应用做简要的介绍。
关键词湍流理论研究工程应用
Research process of turbulence
Dinglixin
Qingdao University of Science & technology
Abstract This article focuses on the turbulence of research process as elaborated. From coherent structure of turbulence, characterization and development of turbulence to Reynolds equation about research process of turbulence on the end of the century, the development of semi-empirical theory and statistical theory of turbulence of this century, mode theory of turbulence, advanced numerical simulation of turbulence. Finally, brief description of turbulence industrial applications is suggested.
Keywords Turbulence, Theoretical research of turbulence, Engineering applications
湍流是自然界和工程中最常出现的流动形态,湍流的出现将使动量、质量、能量的输送速率极大地加快,一方面造成能量消耗加快,污染物加快扩散等严重消极后果,另一方面也起到加快化学反应速度,提高热交换速率等积极作用,因此湍流的研究发展和突破将会在国防和经济方面起到重要的作用。湍流主要研究两个方面的内容,一是揭示湍流产生的原因,二是研究已经形成的湍流运动的规律,以便解决工程实际问题。但自英国物理学家雷诺提出湍流这一基本流动形态以来,已有一百多年的历史,因其运动的复杂性,其基本机理和规律至今还没有完全弄清楚。因此回顾一下湍流研究取得的进展对于进一步揭示这一十分复杂的流动现象是有益的。
1 湍流的相干结构、原因及表征
⑴湍流是局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体流动。其基本特征是不规则性或随机性,不可预测,用随机方法;扩散性,有比分子运动强的多的扩散能力;大雷诺数;涡旋,以高频扰动涡为特征的有旋的三维运动;耗散性,因分子的黏性作用而耗散能量,需外部提供能量维持湍流。。
流体做湍流流动时,由于质点的运动是随机的,在流体内部将产生各种尺度的旋涡(或称微团)。这些旋涡在各个方向上做高频脉动。因此,流体由层流转变为湍流,需具备两个条件①旋涡的形成;②旋涡形成后脱离原来的流层或流速。旋涡的形成主要取决于两点因素,其一是流体的黏性,由于黏