湍流的特征演示文稿當前第1頁\共有14頁\編于星期二\9點什么是湍流？——湍流現象當前第2頁\共有14頁\編于星期二\9點當前第3頁\共有14頁\編于星期二\9點當前第4頁\共有14頁\編于星期二\9點~10km1~2km對流層平流層邊界層當前第5頁\共有14頁\編于星期二\9點雜亂、隨機、無序達芬奇描繪的湍流火山爆發(fā)當前第6頁\共有14頁\編于星期二\9點什么是湍流——湍流的定義Von.Karman和I.GTaylor對湍流的定義：湍流是流體和氣體中出現的一種無規(guī)則流動現象，當流體流過固體邊界或相固流體相互流過時會產生湍流。Hinze對湍流的定義為：只提不規(guī)則運動不全面，“湍流的各個量在時間和空間上表現出隨機性。周培源：湍流為一種不規(guī)則的渦旋(eddy)運動?！侥壳盀橹梗茖W界還無法給出湍流的嚴格的科學定義當前第7頁\共有14頁\編于星期二\9點湍流的主要特征（1）不規(guī)則性(Irregularity)。這是所有湍流的特性，從動力學的觀點來看，湍流必定是不可預測的，研究湍流大多是用統(tǒng)計的方法。（2）擴散性(Diffusivity)。這是湍流的另一個重要性質，它加速流體混合，增加動量、熱、質量交換的速率。如果某種流動雖然是隨機的，但是它在周圍的流體中不出現擴散現象，那么肯定不是湍流，例如噴氣式飛機的尾跡。湍流具有比分子運動強得多的擴散能力。（3）大雷諾數(Largepeynoldsnumbers)。湍流是一種在大雷諾數條件下才出現的現象，Re越高，層流流動變得不穩(wěn)定而出現湍流。隨機性和非線性特性使湍流方程的求解相當棘手。（4）三維渦旋脈動(Three-dimensionalvorticityfluctuations)。湍流是以高頻脈動渦旋為特征的有旋三維運動，因此，渦旋動力學在湍流種類中起著至關重要的作用。如果速度脈動是二維的，渦旋脈動將不能保持。渦旋拉伸是不可能存在于二維的，例如大氣中二維的龍卷風不是湍流運動;當前第8頁\共有14頁\編于星期二\9點湍流的主要特征（5）耗散性(Dissipation)。湍流運動由于分子粘性作用總要耗散能量，只有不斷從外部供給能量，湍流才能維持.隨機運動,比如重力波、聲波都不是湍流，因為它們的粘性耗散很小。隨機波和湍流的本質區(qū)別是有無耗散。（6）連續(xù)性(Continuum)。湍流是一種連續(xù)介質的運動現象，即使最小尺度的湍流也遠遠大于任何的分子長度尺寸，因此滿足連續(xù)介質力學的基本規(guī)律，例如N-S方程。（7）流動特性(Flowcharacteristics)。湍流不是流體的特性，而是流體運動的特質，它的主要特點不是由分子控制的。不同的流體其湍流特征（依賴于外部條件，如邊界條件和初始條件）往往也不一樣，例如邊界層湍流與尾跡湍流，所以工程上很難對湍流進行統(tǒng)一的模式處理，但是湍流的一些本質特征是普適的，尋找這些普遍規(guī)律正是湍流理論研究的中心任務；當前第9頁\共有14頁\編于星期二\9點湍流的主要特征（資料）（8）記憶特性（相關性）。湍流運動在不同的時刻或空間不同點上并不是獨立的，而是有相互關聯(lián)，但這種關聯(lián)隨著時間間隔或空間距離的增大而變小，最后趨近于零；（9）間歇性。內間歇：充分發(fā)展的湍流場中某些物理量（特別是高階統(tǒng)計量）并不是在空間（或時間）的沒一點上都存在的，即有奇異性。外間歇：指湍流區(qū)與非湍流區(qū)邊界的時空不確定性，例如積云與藍天之間的界面。間歇現象是近代湍流研究的重大發(fā)現之一，目前是湍流理論研究的前沿課題;（10）猝發(fā)與擬序結構。這也是近代湍流研究的重大發(fā)現，試驗表明，在湍流混合層和剪切湍流邊界層中存在大尺度的相干結構和猝發(fā)現象，說明湍流不是完全無秩序、無內部結構的運動。這促使人們改變了對湍流的某些傳統(tǒng)觀念。當前第10頁\共有14頁\編于星期二\9點從層流到湍流（一）從層流到湍流CorssinandKarweit1969當前第11頁\共有14頁\編于星期二\9點從層流到湍流Frisch(1995)從層流到湍流（二）當前第12頁\共有14頁\編于星期二\9點Reynolds數層流～湍流的判據U：特征速度L：特征尺