湍流的特征(与“湍流”有关的文档共14张)
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• （10）猝发与拟序结构。这也是近代湍流研究的重大发现，试验表 明，在湍流混合层和剪切湍流边界层中存在大尺度的相干结构和猝 发现象，说明湍流不是完全无秩序、无内部结构的运动。这促使人 们改变了对湍流的某些传统观念。
第十一页，共14页。
从层流到湍流（一）
从层流到湍流 Corssin and Karweit 1969
• （3）大雷诺数(Large peynolds numbers)。湍流是一种在大雷诺数条件 下才出现的现象，Re越高，层流流动变得不稳定而出现湍流。随机性和非线 性特性使湍流方程的求解相当棘手。
• （4）三维涡旋脉动(Three-dimensional vorticity fluctuations)。湍流是以
湍流的特征
第一页，共14页。
优选湍流的特征
第二页，共14页。
什么是湍流？——湍流现象
涡旋拉伸是不可能存在于二维的，例如大气中二维的龙卷风不是湍流运动; Hinze对湍流的定义为：只提不规则运动不全面，“湍流的各个量在时间和空间上表现出随机性。 这是所有湍流的特性，从动力学的观点来看，湍流必定是不可预测的，研究湍流大多是用统计的方法。 湍流运动由于分子粘性作用总要耗散能量，只有不断从外部供给能量，湍流才能维持. 间歇现象是近代湍流研究的重大发现之一，目前是湍流理论研究的前沿课题; 随机波和湍流的本质区别是有无耗散。 （5）耗散性(Dissipation)。 湍流的主要特征 （6）连续性(Continuum)。 涡旋拉伸是不可能存在于二维的，例如大气中二维的龙卷风不是湍流运动; 这也是近代湍流研究的重大发现，试验表明，在湍流混合层和剪切湍流边界层中存在大尺度的相干结构和猝发现象，说明湍流不是完全无秩序、无 内部结构的运动。 （2）扩散性(Diffusivity)。 湍流是一种在大雷诺数条件下才出现的现象，Re越高，层流流动变得不稳定而出现湍流。 这是湍流的另一个重要性质，它加速流体混合，增加动量、热、质量交换的速率。 （6）连续性(Continuum)。 （5）耗散性(Dissipation)。
从外部供给能量，湍流才能维持.随机运动,比如重力波、声波都不是湍流，因为它 们的粘性耗散很小。随机波和湍流的本质区别是有无耗散。
• （6）连续性(Continuum)。湍流是一种连续介质的运动现象，即使最 小尺度的湍流也远远大于任何的分子长度尺寸，因此满足连续介质力学 的基本规律，例如N-S方程。
• （7）流动特性(Flow characteristics)。湍流不是流体的特性，而是流 体运动的特质，它的主要特点不是由分子控制的。不同的流体其湍流特 征（依赖于外部条件，如边界条件和初始条件）往往也不一样，例如边 界层湍流与尾迹湍流，所以工程上很难对湍流进行统一的模式处理，但 是湍流的一些本质特征是普适的，寻找这些普遍规律正是湍流理论研究 的中心任务；
• Hinze对湍流的定义为：只提不规则运动不全面，“湍流的各个
量在时间和空间上表现出随机性。
• 周培源：湍流为一种不规则的涡旋(eddy)运动。
• ………… • 到目前为止，科学界还无法给出湍流的严格的科学定义
第八页，共14页。
湍流的主要特征
• （1）不规则性(Irregularity)。这是所有湍流的特性，从动力学的观点来看，湍流
第三页，共14页。
第四页，共14页。
第五页，共14页。
平流层 对流层 边界层
Байду номын сангаас~ 10 km 1~2 km
第六页，共14页。
达芬奇描绘的湍流
火山爆发
杂乱、随机、无序
第七页，共14页。
什么是湍流——湍流的定义
• Von.Karman和I.G Taylor对湍流的定义：湍流是流体和气体中
出现的一种无规则流动现象，当流体流过固体边界或相固流体相互 流过时会产生湍流。
第十页，共14页。
湍流的主要特征（资料）
• （8）记忆特性（相关性）。湍流运动在不同的时刻或空间不同点 上并不是独立的，而是有相互关联，但这种关联随着时间间隔或 空间距离的增大而变小，最后趋近于零；
• （9）间歇性。内间歇：充分发展的湍流场中某些物理量（特别是高阶统
计量）并不是在空间（或时间）的没一点上都存在的，即有奇异性。外间 歇：指湍流区与非湍流区边界的时空不确定性，例如积云与蓝天之间的界 面。间歇现象是近代湍流研究的重大发现之一，目前是湍流理论研究的前 沿课题;
高频脉动涡旋为特征的有旋三维运动，因此，涡旋动力学在湍流种类中起着至关 重要的作用。如果速度脉动是二维的，涡旋脉动将不能保持。涡旋拉伸是不可能
存在于二维的，例如大气中二维的龙卷风不是湍流运动;
第九页，共14页。
湍流的主要特征
• （5）耗散性(Dissipation)。湍流运动由于分子粘性作用总要耗散能量，只有不断
第十二页，共14页。
从层流到湍流（二）
从层流到湍流 Frisch (1995)
第十三页，共14页。
Reynolds数
• 层流～湍流的判据
Re UL
• U：特征速度 • L：特征尺度 • v：分子粘性力
UL： 外力 v： 内力
第十四页，共14页。
必定是不可预测的，研究湍流大多是用统计的方法。
• （2）扩散性(Diffusivity)。这是湍流的另一个重要性质，它加速流体混合，增加动
量、热、质量交换的速率。如果某种流动虽然是随机的，但是它在周围的流体中不出 现扩散现象，那么肯定不是湍流，例如喷气式飞机的尾迹。湍流具有比分子运动强得 多的扩散能力。
第十一页，共14页。
从层流到湍流（一）
从层流到湍流 Corssin and Karweit 1969
• （3）大雷诺数(Large peynolds numbers)。湍流是一种在大雷诺数条件 下才出现的现象，Re越高，层流流动变得不稳定而出现湍流。随机性和非线 性特性使湍流方程的求解相当棘手。
• （4）三维涡旋脉动(Three-dimensional vorticity fluctuations)。湍流是以
湍流的特征
第一页，共14页。
优选湍流的特征
第二页，共14页。
什么是湍流？——湍流现象
涡旋拉伸是不可能存在于二维的，例如大气中二维的龙卷风不是湍流运动; Hinze对湍流的定义为：只提不规则运动不全面，“湍流的各个量在时间和空间上表现出随机性。 这是所有湍流的特性，从动力学的观点来看，湍流必定是不可预测的，研究湍流大多是用统计的方法。 湍流运动由于分子粘性作用总要耗散能量，只有不断从外部供给能量，湍流才能维持. 间歇现象是近代湍流研究的重大发现之一，目前是湍流理论研究的前沿课题; 随机波和湍流的本质区别是有无耗散。 （5）耗散性(Dissipation)。 湍流的主要特征 （6）连续性(Continuum)。 涡旋拉伸是不可能存在于二维的，例如大气中二维的龙卷风不是湍流运动; 这也是近代湍流研究的重大发现，试验表明，在湍流混合层和剪切湍流边界层中存在大尺度的相干结构和猝发现象，说明湍流不是完全无秩序、无 内部结构的运动。 （2）扩散性(Diffusivity)。 湍流是一种在大雷诺数条件下才出现的现象，Re越高，层流流动变得不稳定而出现湍流。 这是湍流的另一个重要性质，它加速流体混合，增加动量、热、质量交换的速率。 （6）连续性(Continuum)。 （5）耗散性(Dissipation)。
从外部供给能量，湍流才能维持.随机运动,比如重力波、声波都不是湍流，因为它 们的粘性耗散很小。随机波和湍流的本质区别是有无耗散。
• （6）连续性(Continuum)。湍流是一种连续介质的运动现象，即使最 小尺度的湍流也远远大于任何的分子长度尺寸，因此满足连续介质力学 的基本规律，例如N-S方程。
• （7）流动特性(Flow characteristics)。湍流不是流体的特性，而是流 体运动的特质，它的主要特点不是由分子控制的。不同的流体其湍流特 征（依赖于外部条件，如边界条件和初始条件）往往也不一样，例如边 界层湍流与尾迹湍流，所以工程上很难对湍流进行统一的模式处理，但 是湍流的一些本质特征是普适的，寻找这些普遍规律正是湍流理论研究 的中心任务；
• Hinze对湍流的定义为：只提不规则运动不全面，“湍流的各个
量在时间和空间上表现出随机性。
• 周培源：湍流为一种不规则的涡旋(eddy)运动。
• ………… • 到目前为止，科学界还无法给出湍流的严格的科学定义
第八页，共14页。
湍流的主要特征
• （1）不规则性(Irregularity)。这是所有湍流的特性，从动力学的观点来看，湍流
第三页，共14页。
第四页，共14页。
第五页，共14页。
平流层 对流层 边界层
Байду номын сангаас~ 10 km 1~2 km
第六页，共14页。
达芬奇描绘的湍流
火山爆发
杂乱、随机、无序
第七页，共14页。
什么是湍流——湍流的定义
• Von.Karman和I.G Taylor对湍流的定义：湍流是流体和气体中
出现的一种无规则流动现象，当流体流过固体边界或相固流体相互 流过时会产生湍流。
第十页，共14页。
湍流的主要特征（资料）
• （8）记忆特性（相关性）。湍流运动在不同的时刻或空间不同点 上并不是独立的，而是有相互关联，但这种关联随着时间间隔或 空间距离的增大而变小，最后趋近于零；
• （9）间歇性。内间歇：充分发展的湍流场中某些物理量（特别是高阶统
计量）并不是在空间（或时间）的没一点上都存在的，即有奇异性。外间 歇：指湍流区与非湍流区边界的时空不确定性，例如积云与蓝天之间的界 面。间歇现象是近代湍流研究的重大发现之一，目前是湍流理论研究的前 沿课题;
高频脉动涡旋为特征的有旋三维运动，因此，涡旋动力学在湍流种类中起着至关 重要的作用。如果速度脉动是二维的，涡旋脉动将不能保持。涡旋拉伸是不可能
存在于二维的，例如大气中二维的龙卷风不是湍流运动;
第九页，共14页。
湍流的主要特征
• （5）耗散性(Dissipation)。湍流运动由于分子粘性作用总要耗散能量，只有不断
第十二页，共14页。
从层流到湍流（二）
从层流到湍流 Frisch (1995)
第十三页，共14页。
Reynolds数
• 层流～湍流的判据
Re UL
• U：特征速度 • L：特征尺度 • v：分子粘性力
UL： 外力 v： 内力
第十四页，共14页。
必定是不可预测的，研究湍流大多是用统计的方法。
• （2）扩散性(Diffusivity)。这是湍流的另一个重要性质，它加速流体混合，增加动
量、热、质量交换的速率。如果某种流动虽然是随机的，但是它在周围的流体中不出 现扩散现象，那么肯定不是湍流，例如喷气式飞机的尾迹。湍流具有比分子运动强得 多的扩散能力。