| 词条 | 湍流 |
| 释义 | 基本介绍读音： tuān liú 湍流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。 流体作湍流时，阻力大流量小，能量耗损增加。实验证明，能量耗损E与速度的关系为 △ E= kv2 式中k是比例系数，它与管道的形状、大小以及管道的材料有关。式中的v是平均流速。在自然间中，我们常遇到流体作湍流，如江河急流、空气流动、烟囱排烟等都是湍流。 这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的湍流流场。 流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。一般管道雷诺数Re＜2320为层流状态，Re＞4000为湍流状态，Re＝2320～4000为过渡状态。 有效地描述湍流的性质至今仍然是流体力学中的一个重大难题。 注：右图为当层流遇到障碍物时转变为湍流 空气动力学中的湍流空气动力学中的湍流指的是短时间（一般少于10min）内的风速波动。换言之，湍流指的是最高频谱峰值。 湍流产生原因主要有两个： 1.当空气流动时，由于地形差异（例如，山峰）造成的与地表的“摩擦”； 2.由于空气密度差异和气温变化的热效应空气气团垂直运动。 这两种运动往往相互关联。 影响湍流对飞行的影响 湍流是一种气流运动，肉眼无法看见，而且经常不期而至。引发湍流的原因可能是气压变化、急流、冷锋、暖锋和雷暴，甚至在晴朗的天空中也可能出现湍流。湍流并非总能被预测出来，雷达也发现不了它。 根据美国联邦航空局(FAA)的数据，湍流是导致机上非致命伤害的主要原因，但通常是因为乘客或机组人员没有系好安全带。 虽然湍流可能导致严重的头部撞击，但通常不大可能致命。据美国联邦航空局统计，从1980年到2004年6月，美国的飞机总共发生过198起湍流事故，导致266人重伤，3人死亡。 湍流、层流对翼型流动影响的差别层流阻力小，湍流抵抗分离能力强。 图书信息书 名: 湍流 作 者：波普(StephenB.Pope) 出版社： 世界图书出版公司 出版时间： 2010年4月1日 ISBN: 9787510005732 开本： 16开 定价: 99.00元 内容简介《湍流》是一部研究生湍流教程，是以作者在Cornell大学数年的教学讲义为基础，用最新颖的观点，全面综合讲述湍流这一流体动力学的重要组成部分。全书的内容分为两个组成部分，并且附有大量的附录，第一部分集中介绍湍流的基本知识，其工作原理，以及如何量化，也包括基本物理过程；第二部分介绍了跟湍流模型和模拟有关的各种方法；附录部分增加了理解《湍流》所必需的数学技巧。目次：（第一部分）基础：导引；流体运动方程；湍流的统计描述；均值流动方程；自由剪切流；湍流运动尺度；壁流；（第二部分）模型和仿真：模型和仿真引入；直接数值模拟；湍流涡粘度模型；雷诺应力及其相关模型；PDF方法；大涡模拟；（第三部分）附录。 读者对象：适用于工程运用物理专业研究生水平的学生，应用数学专业，物理，海洋学、大气科学等方向的科研人员。 作者简介作者：（美国）波普（Stephen B.Pope） 图书目录List of tables Preface Nomenclature PART ONE: FUNDAMENTALS 1 Introduction 1.1 The nature of turbulent flows 1.2 The study of turbulent flows 2 The equations of fluid motion 2.1 Continuum fluid properties 2.2 Eulerian and Lagrangian fields 2.3 The continuity equation 2.4 The momentum equation 2.5 The role of pressure 2.6 Conserved passive scalars 2.7 The vorticity equation 2.8 Rates of strain and rotation 2.9 Transformation properties 3 The statistical description of turbulent flows 3.1 The random nature of turbulence 3.2 Characterization of random variables 3.3 Examples of probability distributions 3.4 Joint random variables 3.5 Normal and joint-normal distributions 3.6 Random processes 3.7 Random fields 3.8 Probability and averaging 4 Mean-flow equations 4.1 Reynolds equations 4.2 Reynolds stresses 4.3 The mean scalar equation 4.4 Gradient-diffusion and turbulent-viscosity hypotheses 5 Free shear flows 5.1 The round jet: experimental observations 5.2 The round jet: mean momentum 5.3 The round jet: kinetic energy 5.4 Other self-similar flows 5.5 Further observations 6 The scales of turbulent motion 6.1 The energy cascade and Kolmogorov hypotheses 6.2 Structure functions 6.3 Two-point correlation 6.4 Fourier modes 6.5 Velocity spectra 6.6 The spectral view of the energy cascade 6.7 Limitations, shortcomings, and refinements 7 Wall flows 7.1 Channel flow 7.2 Pipe flow 7.3 Boundary layers 7.4 Turbulent structures PART TWO: MODELLING AND SIMULATION 8 An introduction to modelling and simulation 8.1 The challenge 8.2 An overview of approaches 8.3 Criteria for appraising models 9 Direct numerical simulation 9.1 Homogeneous turbulence 9.2 Inhomogeneous flows 9.3 Discussion 10 Turbulent-viscosity models 10.1 The turbulent-viscosity hypothesis 10.2 Algebraic models 10.3 Turbulent-kinetic-energy models 10.4 The k-εmodel 10.5 Further turbulent-viscosity models 11 Reynolds-stress and related models 11.1 Introduction 11.2 The pressure-rate-of-strain tensor 11.3 Return-to-isotropy models 11.4 Rapid-distortion theory 11.5 Pressure-rate-of-strain models 11.6 Extension to inhomogeneous flows 11.7 Near-wall treatments 11.8 Elliptic relaxation models 11.9 Algebraic stress and nonlinear viscosity models 11.10 Discussion 12 PDF methods 12.1 The Eulerian PDF of velocity 12.2 The model velocity PDF equation 12.3 Langevin equations 12.4 Turbulent dispersion 12.5 The velocity-frequency joint PDF 12.6 The Lagrangian particle method 12.7 Extensions 12.8 Discussion 13 Large-eddy simulation 13.1 Introduction 13.2 Filtering 13.3 Filtered conservation equations 13.4 The Smagorinsky model 13.5 LES in wavenumber space 13.6 Further residual-stress models 13.7 Discussion PART THREE: APPENDICES Appendix .4 Cartesian tensors A.1 Cartesian coordinates and vectors A.2 The definition of Cartesian tensors A.3 Tensor operations A.4 The vector cross product A.5 A summary of Cartesian-tensor suffix notation Appendix B Properties of second-order tensors Appendix C Dirac delta functions C.1 The definition of δ(x) C.2 Properties of rS(x) C.3 Derivatives of rS(x) C.4 Taylor series C.5 The Heaviside function C.6 Multiple dimensions Appendix D Fourier transforms Appendix E Spectral representation of stationary random processes E.1 Fourier series E.2 Periodic random processes E.3 Non-periodic random processes E.4 Derivatives of the-process Appenthix F The discrete Fourier transform Appendix G Power-law spectra Appendix H Derivation of Eulerian PDF equations Appendix I Characteristic functions Appendix J Diffusion processes Bibliography Author index Subject index |
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