6.2湍流物理模型及计算 62.1湍流的物理本质——脉动 1883年,雷诺(Reyηolds)首先发现了粘性流体存在 着两种不同的流动状态——层流和湍流 当Re=wd忪Re时,由定常的层流流动→非定常的紊 流流动一湍流。 湍流的特征:流体质点的速度W大小、方向和压力p都 随时间τ不断地变化,有时流体微团还会绕其瞬时轴无 规则、且经常受扰动的有旋运动,所以在流体中明显 出现很多集中的漩涡,不断地产生一消灭一再产生 再消灭。这种瞬息变化的现象称为脉动 的报门反流体的试丁包是在个平均值上不統的脉 动
11 6.2 湍流物理模型及计算 6.2.1 湍流的物理本质——脉动 1883年，雷诺（Reynolds）首先发现了粘性流体存在 着两种不同的流动状态——层流和湍流 当Re=wd/Relj时，由定常的层流流动→非定常的紊 流流动—湍流。 湍流的特征：流体质点的速度w大小、方向和压力p都 随时间τ不断地变化，有时流体微团还会绕其瞬时轴无 规则、且经常受扰动的有旋运动，所以在流体中明显 出现很多集中的漩涡，不断地产生—消灭—再产生— 再消灭。这种瞬息变化的现象称为脉动。 实验还发现湍流状态下，速度w、压力p、某组分物质 的量m及流体的温度T总是在一个平均值上下不断的脉 动
脉动 瞬时速度w或 △W=W′或△P=p 者瞬时压力p 速度时均值 压力时均值p △T三 而(是瞬时真实速度W(或者压力p)对时间的 积分中值: z及w=1-i △T dr及p'=p- △ 12
12 是瞬时真实速度w（或者压力p）对时间的 积分中值： 即 及 及 瞬时速度 w 或 者瞬时压力 p l b = − w w= 或 p p = 脉动 速度时均值 w 压力时均值 p w p( ) 2 1 1 w wd = w w w ' = − 2 1 1 p pd = p p p ' = −
脉动的特性: ■(1)速度脉动W^(或p^)对时间的平均值(时均值)为0。 1 T2 wdt T(w-w)dr=0 △T △T (2)速度脉动W的时均根值p=1(m=可)4≠0 (3)流场中任意一点上的两个不同方向上的速度脉动如Wx、 W的乘积的时间平均值 vvdr≠0 △2 只有当1=1(非湍流)或Wy=W pw.=0 13
13 脉动的特性： (1) 速度脉动w´（或p´）对时间的平均值（时均值）为0。 即 (2) 速度脉动w´的时均根值 (3) 流场中任意一点上的两个不同方向上的速度脉动如wx´、 wy´的乘积的时间平均值 只有当 （非湍流） 或 ( ) 2 2 1 1 1 1 w d w w d 0 = − = ( ) 2 1 2 2 1 w w w d 0 = − ( )( ) 2 1 1 0 w w w w w w w w d x y x x y y x y = − − = w w x x = w w y y = 0 w wx y =
流场中,任意相距y的两点1和2上,其相关性 用e12表示 12 1V4三V; △T 当y=0时 e 当y→∞时令e12=0,说明点1与点2湍流 无关。 14
14 流场中，任意相距y的两点1和2上，其相关性 用e12表示 当y=0时 ， ； 当y→时 令e12=0，说明点1与点2湍流 无关。 2 1 12 1 2 1 2 1 e w w d w w = = w w w 1 2 = = 2 12 e w=
速度脉动w,决定湍流中的“三传”过程 pw,1 湍流切应力 湍流正应力动量传递 +w+v2)/3 湍动度 cpTu 湍流热通量 热量传递 湍流传质通量质量传递 其中 W—某一特征速度—一 比热 另外两个主要量: m 流体某一组分物质量的脉动量 湍流动能m(m2+w2+v2 湍流耗散,∫,(a)2()(a)「ao,a)(aM 15
15 速度脉动wx ´决定湍流中的“三传”过程 ——湍流切应力 ——湍流正应力 动量传递 ——湍动度 ——湍流热通量 热量传递 ——湍流传质通量 质量传递 其中： w*——某一特征速度 c ——比热 m´——流体某一组分 物质量的脉动量 w wx y − 2 wx − 2 2 2 * ( ) / 3 w w w x y z w + + y −c T w m wy − 1 2 2 2 ( ) 2 w w w x y z + + 2 2 2 2 2 2 2 x x x y y y z z z w w w w w w w w w x y z y x z x z y + + + + + + + + 另外两个主要量： 湍流动能 湍流耗散