关于湍流理论研究进展精品资料
湍流的研究进展
湍流的研究进展***1（1.****大学，** ** ******）摘要：本文对湍流研究的进展上的一些突出实践做了简要介绍，对于解决湍流的理论依据上的发展，湍流的试验方法，以及近几年来，随着计算机技术的高速发展，湍流的数据处理上更是高速发展。
关键词：湍流；研究；理论依据；试验方法；计算机Research progress of turbulence******（1.** university of **，** **，******）Abstract：The turbulence research progress on some of the prominent practice is briefly introduced in this article. For solving turbulent theory basis of development. The test method of turbulence. And in recent years, with the rapid development of computer technology，turbulent data processing is more rapid development。
Keywords：turbulence；Research；theory evidence；experimental method；Computer1 引言包括已故诺贝尔奖获得者Feynman在内的好几位物理学家认为，湍流是经典物理学中尚未得到解决的一个大难题，对于湍流的研究进展，可以导致许多实际工程及科学应用的进步。
例如，可以减少飞机飞行师气流湍动的影响，提高飞机的机动性，提高发动机的燃料效率（参见Moin and Kim，1997）[1]。
半个多世纪前，Kolmogorov（1941）[2]提出了现在著名的表镀铝和假设它们代表了我们了解湍流性质的重要的里程碑。
湍流研究的现状和进展
湍流研究的现状和进展
湍流研究是一个广泛的领域，其中有许多不同的话题，需要不同的测量、数值建模和理论研究。
近年来，由于现代计算技术的进步，以及先进的测量设备的出现，湍流研究的发展取得了巨大的进展。
首先，科学家们开发出更为精细的流场数据，提高了对于湍流流场中流动结构的认识，例如，现在可以观测到湍流中的微小力矩和能量分布，并通过数值模拟得出更为详细的解释。
其次，科学家提出了一系列新的数值模型，更深入地探讨湍流的细节，以更合理地描述湍流的结构和性质。
结合传统的经验方法，这些数值模型使得对湍流的模拟更加准确，并且可以用于多种应用领域，例如自由混沌运动模拟、叶片流动计算、空气动力学分析、重力和磁场力分析等。
此外，近年来，学者们开发出了一系列新的控制策略，以改善湍流的流动性能。
这些策略的准备方法涉及精细的数值模拟，基于大量的实验测量数据，有效地改进湍流流场的特性，从而提高流体动力学的效率。
总的来说，近年来，湍流研究的发展取得了巨大的进展。
精细的数据和模型，以及新的控制策略，有助于更好地认识和控制湍流流场，进一步提高流体动力学性能。
关于湍流理论研究进展精品资料
关于湍流理论研究进展摘要本文对近年来湍流理论在某些方面的研究进展作了概要介绍，对具有代表性的理论假设的思想方法，进行了扼要阐述，指出了相应的实用价值和局限性。
关键词湍流湍流统计理论混沌理论湍流拟序结构湍流剪切流动1 无处不在的湍流现象湍流是自然界中流体的一种最普遍的运动现象，它广泛的存在于我们生活周围。
在大风吹过地面障碍物的旁边，在湍急的河水流过桥墩的后面，在烟囱中冒出的浓烟随风渐渐扩散等地方，都能观察到湍流运动现象。
简单地说，湍流运动就是流体的一种看起来很不规则的运动。
由于湍流现象广泛存在于自然界和工程技术的各个领域，因此湍流基础理论研究取得的进展就可能为经济建设和国防建设的广泛领域带来巨大的效益。
例如，提高各种运输工具的速度以大量节约能源，提高各种流体机械的效益；改善大气和水体的环境质量，降低流体动力噪声，防止流体相互作用引发的结构振动乃至破坏；加强反应器内部物质的热交换与化学反应的速度等等。
然而像湍流这样，虽经包括许多著名科学家在内长达一个世纪多的顽强努力，正确反映客观规律的系统的湍流理论至今还没有建立，在整个科学研究史上也是不多见的。
因此，可以说湍流是力学中没有解决的最困难的难题之一。
因此，世界上许多国家一直坚持把湍流研究列为需要最优先发展的若干重大基础研究课题之一。
2 湍流理论的发展历史湍流理论从它的思路来说大体可分为两类[1]。
一类是先把流体动力学方程组平均以后，然后再设法使方程组封闭，求解后再和实验结果比较，看封闭办法是否正确。
湍流中绝大部分理论是属于这一类型。
另一类是先求解，取特殊模型，再引进平均，得到要求的物理量，和相应的实验结果进行比较。
2.1 Reynolds方程和混合长度理论十九世纪70年代是Maxwell-Boltzmann分子运动理论取得辉煌成果的时代。
它成功地解释了气体状态方程、气体粘性、气体热传导和气体扩散等一系列现象。
湍流理论开始发展的时候，就受着这种思想支配。
湍流的研究进展作业论文
湍流的研究进展xxx（xxxxxxxxxxxxxxx，xx，000000）摘要：本文对近几十年有关湍流的研究进展做了简单总结，介绍了有关湍流的各种理论，展示了多位科学家对于湍流的研究成果。
并对湍流的研究和发展提出相关建议。
关键词:流体力学，湍流，湍流模式，湍流方程，湍流结构The research progress of turbulencexxxxxxxx(Qingdao University of Science and Technology Institute of Chemical,QingDao,266000) Abstract：In this paper, in recent decades the turbulence research progress made simple summary. This paper introduces all kinds of the turbulence theory, and shows many scientists for turbulence research results.At the same time, it give some related suggestions for the research and development of the turbulance.Keywords：Fluid mechanics, turbulence, turbulence model, turbulence equation, turbulent structure前言：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；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。
湍流研究的现状和进展
湍流研究的现状和进展湍流（Turbulence）在自然界中是一种普遍存在的现象，比如水、空气、尤其是太阳系中天体运动活动等，湍流发挥着重要作用。
由于湍流具有复杂的运动性质和多变的影响因素，因此，人们对湍流的研究也不断进行，在这些研究中，湍流已经成为当今物理学领域研究最深入和最规模最大的一个问题。
湍流研究历史悠久，可以追溯至18世纪，早在1783年，英国著名科学家韦伯（Leonard Euler）就提出了湍流流体运动的基本方程，这是开启湍流研究的一大突破，在19世纪末期，爱因斯坦（Albert Einstein）又提出了湍流方程，许多人因此而贡献出宝贵的研究成果。
20世纪初期，由于科学技术的进步，许多湍流理论的发展也得到了一定的突破。
比如在1920年，湍流特性的研究者林奈（L.F. Richardson）提出了一种新的理论，他指出湍流流体的混合过程可以用一个叫做“级数混合”的方法来模拟，而这一理论在过去的90多年里一直是湍流研究的重要参照物。
20世纪40年代，湍流研究又迎来了一次重要突破，即近似动态子网格技术（Dynamic Subgrid Model），它允许人们用计算机来模拟湍流使其变得更易于理解和操作。
此外，由于空间和时间分辨率不断提高，磁摆式技术（Magnetic Momentum Method）也发展出来，它结合了积分方程和分流技术，从而可以模拟更加复杂的湍流。
《孤立圆柱的湍流结构与稳定性》是20世纪50年代湍流研究的一次重要发展。
有关研究者发现，当流体以一定的速度流过一个垂直的圆柱时，湍流的漩涡结构会呈现出特定的稳定态，并且周围的空气流动会影响其稳定性，从而揭示了湍流及其稳定性的本质特性。
20世纪80年代以来，随着大计算机技术的发展，湍流研究进入了一个新的阶段，开展了大规模的实验测量和计算机模拟研究，用实验和计算机模拟研究的结果来检验理论模型。
在近30年的研究中，许多新的湍流理论也得到了发展，比如湍流与风洞、燃烧和内部流动机理等，都有了进一步深入的研究。
湍流研究的现状和进展
湍流研究的现状和进展近几年来，随着生物，计算和流体力学等多学科技术的发展，湍流的研究受到了高度关注。
湍流研究的重要性在于，它不仅可以帮助我们理解气象现象和宇宙中的环境系统，还可以提高航空航天技术和车辆设计的质量。
因此，湍流研究已经成为制定科学政策以及解决大规模复杂问题的重要工具。
随着计算技术和仿真技术的进步，湍流领域的技术也在发展。
例如，利用高精度的计算机模拟技术，将流体操作模式转换为数字模型，从而实现了对湍流的精确研究。
同时，研究人员也开发了用于湍流数据分析的新方法，以更好地理解流体动力学。
研究还发现，湍流的结构比原来想象的更复杂，而小尺度的湍流动力学研究也发现了一些新的有趣特性。
此外，在湍流流体力学研究中，重要的发现之一是，湍流是一种非线性系统。
这表明，尽管它们的基本特征可以有效地利用线性理论描述，但它们之间的复杂相互作用却无法用线性模型表示。
因此，更多的研究工作聚焦于开发新的非线性研究方法，以更好地理解湍流，以及更精确地模拟它们。
有了这些新技术和研究方法，科学家们也正在尝试控制湍流。
例如，研究人员发现，湍流中的激波可以通过控制流体运动或应用内部结构（例如涡轮）来改善。
此外，在航空升力技术研究中，离散吸收和涡激波发生等技术也得到了广泛的应用。
这些技术的实际应用可以显著改善飞行性能和运行稳定性。
除了控制湍流外，研究人员还致力于开发新的流体力学模型，以准确地模拟湍流的特性。
例如，提出的Lattice Boltzmann模型及其改进版本可以进一步提高湍流建模的精确性，特别是在计算机辅助设计方面，该模型具有更高的精度和更多的实用价值。
总之，湍流在现代科学研究中发挥着重要作用。
随着计算技术和仿真技术的发展，湍流研究取得了一定的进展，其重要性也得到了越来越多的认可，而这些改进也开辟了可以更准确地模拟和控制湍流的新方向。
湍流的研究进展论文
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 turbulenceDinglixinQingdao University of Science & technologyAbstract 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。
流体流动中的湍流动力学研究
流体流动中的湍流动力学研究摘要湍流是流体流动中常见的一种流动状态，它具有复杂的动力学特性和不可预测性。
湍流动力学是研究湍流的产生、演化和控制规律的学科，对于理解流体力学中的复杂现象和优化流体运动至关重要。
本文综述了流体流动中湍流动力学研究的主要内容和研究方法，包括湍流产生机制、湍流表征方法、湍流模拟和湍流控制等方面。
通过对湍流动力学的深入研究，有望揭示湍流的本质规律，并为湍流控制和流体工程应用提供理论和方法支持。
1. 引言流体流动是自然界和人工系统中广泛存在的一种现象，而湍流则是流体流动中常见的一种流动状态。
与稳定流动相比，湍流具有更为复杂的动力学特性和不可预测性，给流体力学研究和工程应用带来了很大挑战。
湍流动力学是研究湍流的产生、演化和控制规律的学科，对于理解流体力学中的复杂现象和优化流体运动至关重要。
2. 湍流产生机制湍流的产生涉及到流体流动中的各种力学过程，包括非线性扰动的产生和扩大、能量的级联转移、湍流尺度的形成和衰减等等。
目前，湍流产生机制的研究主要基于Navier-Stokes方程的数学分析和实验观测，以及计算流体力学中的数值模拟方法。
研究认为，湍流产生机制是一个复杂的非线性过程，受到多个因素的相互作用影响，包括流体的性质、流动的几何形状和边界条件等。
3. 湍流表征方法湍流的复杂性和不可预测性使得湍流的表征成为湍流动力学研究的核心问题之一。
湍流的表征方法通常包括统计平均方法、相关函数和功率谱密度等。
统计平均方法通过对湍流中各个物理量的时间平均或空间平均，来描述湍流的平均特性。
相关函数用于描述湍流中不同位置的物理量之间的相关性。
功率谱密度则用于分析湍流中各个湍流尺度对能量的贡献。
4. 湍流模拟湍流模拟是湍流动力学研究中的一种重要方法，通过数值计算模拟来揭示湍流的演化和流动规律。
常用的湍流模拟方法包括直接数值模拟(Direct Numerical Simulation, DNS)、大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)和雷诺平均Navier-Stokes 方程(RANS)等。
湍流的理论与分析
湍流的理论与分析湍流是一种复杂的流动形式，并且广泛存在于自然界和工程实践中。
对湍流的理论研究和分析不仅有助于深入理解流体现象，还可以为湍流控制和能源利用等方面提供支持。
本文将从湍流的定义、产生机理、湍流统计理论和湍流模拟等方面进行探讨。
一、湍流的定义湍流是指一种相对瞬态的流体运动状态，其中流体的速度和方向发生剧烈变化，造成流体的混合和扰动，呈现出随机不规则的涡动结构。
与层流（稳态流动）相比，湍流的运动特征更加复杂，无法用简单的数学公式描述。
湍流的主要特征为不规则、随机、涡动等。
二、湍流的产生机理湍流的产生机理复杂，其中包括传统的机械湍流、自然湍流、边界层失稳等多种因素。
机械湍流是由于固体物体运动时与周围介质相互作用产生的湍流现象，如风力机翼片和涡轮机叶片的湍流。
自然湍流是由于自然界中各种复杂流动引起的，如河流、海洋和大气的运动等。
边界层失稳是当涡旋从高速的流动区进入低速的流动区时产生的，例如水流从管道进入膨胀段时发生的湍流现象。
三、湍流统计理论湍流统计理论是对湍流运动规律的理论分析，是研究湍流基本性质和湍流现象的一种方法。
湍流统计理论中有两个重要的概念，一个是湍流的集成时间，另一个是湍流脉动，这两个概念分别给出了湍流时间与空间扰动中的统计特征。
其中湍流的集成时间是指机械能向湍流能转化和湍流能转化为机械能时所需的时间因子，而脉动是指在一个给定点的流动路径上，流体参数波动的相对不稳定性。
四、湍流模拟湍流模拟是一种基于数值计算的湍流研究方法，主要有两种方式：直接数值模拟（DNS）和大涡模拟（LES）。
直接数值模拟是对湍流运动的一种高精度的数值计算方法，它通过离散化流动中的微小物理尺度，运用数值方法以求解流场运动方程，得到高精度的湍流场数据。
但DNS需要的计算量庞大，计算成本高昂。
大涡模拟是在保留湍流中大尺度涡旋信息的同时，模拟和模拟所得的速度与涡旋脉动能谱于实验结果的吻合程度。
而LES所需要的计算量较之DNS低，同时保留的流场尺度也比DNS更大，能够得到更加直观的湍流现象展示。
湍流的理论与实验研究
湍流的理论与实验研究湍流的理论与实验研究湍流是流体力学界公认的难题，被认为是经典物理学中最后一个未被解决的问题。
自然界和工程领域的绝大多数流动都是湍流，因此湍流研究具有重大意义。
近年来，随着实验测量技术和数值模拟能力的不断增强，学术界对高雷诺数和高马赫数湍流有了许多新的认识。
我国科学界也结合国家重大战略需求和学科发展前沿，分析国际上湍流研究的特点、现状和发展趋势，希望对湍流产生机制和流动本质进行深入研讨，加强与航空、航天、航海等相关单位和部门间的沟通与联系，推动湍流研究的发展。
针对国内学科发展现状，尤其是实验研究相对薄弱的特点，国家自然科学基金委员会数理科学部、工程与材料科学部和政策局，于2014年3月20-21日在北京联合举办了第110期双清论坛，论坛主题为“湍流的理论与实验研究”。
来自全国15个单位的近50位流体力学与工程领域的专家学者应邀出席。
与会专家通过充分而深入的研讨，凝练了该领域的重大关键科学问题，探讨了前沿研究方向和科学基金资助战略。
本期特刊登此次论坛学术综述。
一、湍流研究的重要意义自1883年雷诺（Reynolds）发现湍流以来，湍流问题的研究一直困扰着众多学者。
著名物理学家费曼曾说，湍流是经典物理学中最后一个未被解决的难题；2005年《科学》杂志在其创刊125周年公布的125个最具挑战性的科学问题中，其中至少两个问题与湍流相关。
在我们日常生活中，湍流无处不在。
自然界和工程应用中遇到的流动，绝大部分是复杂的湍流问题。
在自然界，从宇宙星系的时空演化，到星球内部的翻滚流动，从大气环流的全球运动，到江河湖泊的区域流动，都有湍流的身影。
在工程领域，从陆地、海洋、空天等交通运载工具，到原子弹、氢弹、导弹、战斗机、舰船等国防武器的设计；从全球气象气候的预报，到地区水利工程的设计；从传统行业如叶轮机械、房桥建筑、油气管道，到新兴行业如能源化工、医疗器械、纳米器件的设计，都需要了解和利用湍流。
因此，湍流流动的研究不仅仅是一个学科发展的问题，更具有重要的工程应用价值。
湍流研究的现状和进展
湍流研究的现状和进展湍流是一种影响有机物运动的流速，能提供有效的能量，使物体能够得到合理的分布。
湍流的研究一直以来都受到了广泛的关注，从物理学的角度将其分成概率性湍流、压力性湍流，等等，并被广泛用于各种应用领域，如水动力学、热流体动力学、气动力学、结构力学、流体力学和边界层流体力学。
早在古代，里斯克就首先对湍流进行了研究，估计了湍流的经典方程，称为里斯克方程”。
由于里斯克方程是非线性的，这使得它非常难以求解，因此长期以来，里斯克方程一直是湍流研究的难题。
近几年，随着新一代概率求解和数值模拟技术的发展，里斯克方程问题得到有效解决，湍流研究取得了长足的进展。
伴随着里斯克方程的求解，微观湍流研究涉及到一系列流体力学和相关物理过程，如能量消耗、能量输送、热传输和结构变形等。
本文总结了湍流研究的相关物理过程和理论模型，并通过实验和数值计算研究了它们的运动及能量转换的机制以及其对流体和物体的影响。
微观湍流研究的结果表明，湍流存在着多种复杂的运动机制，包括湍流边界层、涡量、螺旋涡等，它们能够有效地转换能量，并对流体和物体产生重要的影响。
除了对湍流的机理进行研究之外，湍流的应用也在不断发展。
在包括航空航天、海洋工程、过程工程在内的现代工程领域中，湍流研究有着重要的意义。
目前，研究人员正在努力研究和改进湍流模型，更好地揭示其运动机制和影响范围，并贡献出更多的技术用于湍流应用。
通过实验和数值模拟，湍流理论发展得很快，在某些领域取得了显著的进展。
目前，研究者正在努力研究复杂湍流现象，探讨其运动机制，以及长期观测和模拟分析的结果。
大多数研究者认为，以复杂的湍流现象引发的突破性研究，有望在不远的将来改变湍流理论的风貌。
湍流的研究和应用一直存在着重要的前景，它的研究会对现代工程领域有重大的意义。
因此，很多国家和科研机构一直在努力开发和改善湍流模型，以更好地提高湍流数值计算和实验测试的准确性，从而更有效地应用于各种领域。
至此，本文对湍流研究的现状和进展作了综合讨论，湍流研究将持续发展，并不断推动现代工程应用的进步。
湍流研究进展 课程论文
学号：青岛科技大学化工学院课程论文湍流的研究进展专业：学生姓名：指导教师：完成时间：湍流的研究进展摘要：本文主要对湍流一百多年研究的历程做了简要介绍,并通过对湍流各种模型以及模型特点的详细介绍来说明湍流理论的发展。
关键字：湍流；湍流研究进程；湍流理论；湍流模型；湍流模型的特点The present situation and development of TurbulenceABSTRACT:This paper focuses on the history of study on turbulent years is briefly introduced, and through the turbulent models and characteristics of the model in detail to illustrate the development of turbulence theory.KEYWORDS:Turbulence; Turbulence research process; Theory of turbulence; Turbulence model; Turbulence model1.湍流研究历程简介人类观察到湍流现象可溯源很久, 但对它系统地进行研究则始于上世纪末一百多年来围绕着“什么是湍流的本质？怎样准确预测湍流运动”人们的认识日益深化, 预测方法不断改进。
回顾一下湍流研究取得进展的历程对于进一步揭示这一十分复杂流动现象是有益的。
J.Boussinesq(1877)首先提出涡团粘度概念(Eddy viseosity),他认为湍流是一群杂乱无章的涡团。
现代湍流理论的创始人O.Reynolds(1895)认为湍流是由层流不稳定性发展起来的，并提出湍流运动可以分解为时均和脉动两部分，他导出了含有时均脉动动量输运的湍流时均方程。
这两位湍流研究的先驱者对湍流的认识有所不同，Boussinesq认为湍流现象是“湍流体”（即涡团）的运动，他希望得到“湍流体”的流变模型。
流体力学中的湍流现象研究
流体力学中的湍流现象研究流体力学是一门研究流体运动行为的学科，而湍流现象是流体力学中一个重要的研究领域。
湍流在自然界和工程领域中普遍存在，并且对于人类生活和工业生产具有重要的影响。
本文将探讨湍流的定义、特性以及在工程、气象和自然现象中的应用。
一、湍流的定义与特性湍流是指流体在流动过程中出现的混乱、不规则和不可预测的现象。
相对于平稳的层流，湍流具有明显的特点。
首先，湍流的速度分布是不均匀和变化的，存在旋涡结构和涡旋交叉现象。
其次，湍流具有广谱的频率分布，涵盖了各个时间和空间尺度。
此外，湍流还表现出输运性、扩散性和混合性等特性。
湍流现象的研究对于理解流体运动的本质、优化流体系统和预测流体行为至关重要。
湍流的起源和演化过程是学界研究的热点之一。
通过数值模拟、实验观测和理论分析，人们逐渐认识到湍流现象的复杂性和多样性。
湍流的统计规律性是湍流研究的一个基本问题，在此基础上发展了湍流模型和湍流参数化方法，为工程实践提供了重要的参考。
二、湍流在工程中的应用湍流在工程中具有广泛的应用，如航空、船舶、汽车和能源等领域。
首先，湍流的流阻现象对于飞行器、船舶和汽车等交通工具的气动性能具有重要影响。
通过研究湍流的形成机理和减阻技术，可以降低阻力，提高运输效率。
其次，湍流的传热特性对于热交换器、核反应堆和电子器件等热工设备的设计和优化至关重要。
湍流的热传递能力强，利用湍流的混合性和扩散性可以提高传热效率。
此外，湍流还与能源相关，如湍流发电、湍流喷射燃烧等技术具有广阔的应用前景。
三、湍流在气象中的应用湍流在气象研究中也具有重要意义。
气象湍流主要分为大气湍流和海洋湍流两个层面。
大气湍流是指大气运动中存在的不规则、混沌的现象，如气象现象中的涡旋和湍旋。
湍流在大气中的形成与大尺度波动相互作用密切相关，如温度梯度、地形和大气不稳定性等因素都会引发湍流。
海洋湍流是指海洋中发生的混沌不规则流动现象，如洋流中的涡旋和湍旋。
湍流对于气候模拟和天气预测具有重要影响，通过研究湍流现象可以提高气象预报的准确性和时间范围。
流体湍流现象的理论与实验研究
流体湍流现象的理论与实验研究流体湍流现象的理论与实验研究流体湍流是一种复杂的现象，涉及流体运动中的不规则和随机性。
理解湍流现象的原理和特征对于许多领域的研究和应用都具有重要意义，如气象学、工程学和地球科学等。
在本文中，我将按照一步一步的思维过程，介绍流体湍流的理论和实验研究。
首先，我们需要了解湍流现象的基本原理。
湍流是指流体在流动过程中出现的混乱和不规则的状态。
与层流相比，湍流往往具有较高的能量损失和阻力。
湍流现象产生的根本原因是流体中的速度和压力的扰动导致了流动的不稳定性。
当速度和压力的扰动超过某个临界值时，流体开始出现湍流现象。
为了更好地理解湍流现象，许多科学家和工程师进行了大量的实验研究。
其中一个经典的实验是雷诺实验。
雷诺实验通过将流体通过一根细长的管道进行流动，并通过测量压力和速度等参数来研究湍流的特性。
实验结果显示，湍流现象与流体的雷诺数（Reynolds number）密切相关。
雷诺数是流体力学中一个重要的纲参数，它与流体的粘性和惯性有关。
当雷诺数较小时，流体呈现层流状态，而当雷诺数较大时，流体则呈现湍流状态。
在实验研究的基础上，科学家们提出了一些数学模型和理论来描述湍流现象。
其中最著名的是Kolmogorov湍流理论。
根据Kolmogorov理论，湍流现象可以分解为一系列不同尺度的涡旋结构。
在小尺度上，流体中存在着许多细小的涡旋，它们的大小和时间尺度都非常小。
而在大尺度上，涡旋的大小和时间尺度都相对较大。
这种多尺度的涡旋结构是湍流现象的重要特征之一。
此外，湍流现象还与流体的剪切力和湍流能量的传递有关。
剪切力是指流体中不同速度层之间的相对运动，它在湍流现象中起到了重要作用。
湍流能量的传递是指湍流中能量从大尺度向小尺度的传递过程。
这种能量的级联传递导致了湍流中能量的耗散，从而产生了湍流现象。
综上所述，湍流现象是流体运动中的一种复杂和不规则状态。
通过实验研究和理论模型，科学家们对湍流现象进行了深入的探索。
湍流理论若干问题研究进展
第15卷第4期水利水电科技进展1995年8月湍流理论若干问题研究进展刘兆存 金忠青(河海大学 南京 210098)摘要 本文对近年来湍流理论在某些方面的研究进展作了概要介绍,对拟序结构发现后人们对湍流内部结构的新认识和近年来发展很快的从微分方程分析角度出发对湍流机理新的探索进行了评价,说明引入混沌后在时、空演化方面对湍流机理的模拟,最后阐述了流动稳定性和层流向湍流的转捩。
关键词 湍流 N-S方程 流动结构 流动机理 封闭性 近年来,在围绕湍流结构和统计两条主线的研究工作中出现了新观点和新趋势,虽然从历史的观点来看有些可能是错的——在科学容忍的范围内,但在现阶段却是研究的主流。
1 简要回顾及发展1.1 半经验理论和模式理论湍流的控制方程是N-S方程,但和层流相比,方程不封闭。
为满足工程需要,发展了一系列的以普朗特混合长理论为代表的湍流半经验理论或早期模式理论。
这种理论虽然对于增进对湍流机理的了解没有提供更多的贡献,但对解决工程实际问题却起了重大的作用[1]。
半经验理论是一种唯像理论,并不涉及湍流内部机理。
以速度分布公式为例,半经验理论的速度分布公式大致有对数型和指数型。
对数型速度分布得到的假定是充分发展的剪切湍流中主流区(不含边界层的)的流速梯度和分子粘性无关,指数型(或渐近指数型)则假定分子粘性不能忽略[2],两种类型的流速分布公式在工程实践中都获得了非常广泛的应用。
半经验理论的一个发展方向是吸收统计理论的成果,用统计理论的精细成果丰富半经验理论不足并保留便于应用的优点,如文[3]所作的工作。
近代的模式理论在封闭湍流基本方程组时特别吸收了统计理论的成果,如二方程模型、应力通量代数模型、应力通量方程模型等。
关于这方面的详细论述,将另文给出。
1.2 统计理论湍流的统计理论的目标则是从最基本的物理守恒定律——N-S方程和连续性方程出发,探讨湍流的机理。
理查逊-柯尔莫哥洛夫湍流图像部分被实验所证实。
统计理论中湍流的能量传递关系被更符合实际的U. Fr isch等所提出的B-模型所代替。
流体力学中的湍流现象研究
流体力学中的湍流现象研究湍流是流体力学中一种复杂而普遍存在的现象，它在自然界和工程中的各个领域都有广泛的应用。
作为一名物理专家，我深入研究了湍流现象的定律、实验准备和过程，并从其他专业性角度探讨了湍流现象的应用。
以下是关于湍流研究的详细解读。
一、湍流的定律湍流现象的研究需要依靠一系列的定律，其中最重要的是流体力学中的Navier-Stokes方程。
这个方程组描述了流体的运动，它基于动量守恒和质量守恒的原理。
Navier-Stokes方程的一般形式可以表示为：∂ρ/∂t + ∇ · (ρv) = 0∂(ρv)/∂t + ∇ · (ρvv) = -∇P + μ∇^2v其中，ρ是流体的密度，t是时间，v是速度矢量，P是压力，μ是黏度，∇是梯度算子。
这个方程组描述了流体的运动、速度和压力之间的关系，是湍流现象研究的基础。
二、湍流实验的准备和过程为了研究湍流现象，我们可以进行一系列的实验。
首先，需要准备一个实验装置，例如一个闭合的水槽或风洞。
实验装置的尺寸和流体的性质需根据具体实验目标来确定。
接下来，我们需要选择一种合适的探测器来测量流体的速度和压力变化，常用的探测器包括测速仪、压力传感器等。
在实验过程中，我们可以通过改变流体的入口速度、流体的粘度或者控制流体的流量等方式来引发湍流现象。
通过实验观察和测量，我们可以获取湍流现象的相关数据，例如湍流的临界点、湍流的特征尺度等。
三、湍流现象的应用湍流现象广泛应用于自然界和工程实践中。
首先，湍流现象在自然界中的应用非常广泛，例如大气环流、海洋运动等。
了解湍流现象的基本规律有助于我们预测和理解自然界中的一系列现象。
其次，湍流现象在工程实践中也具有重要意义。
例如，在航空工程中，我们需要对飞机在湍流环境中的稳定性和飞行性能进行研究，以确保飞行的安全性。
此外，湍流现象在燃烧技术、能源传输、环境工程等领域也有着重要的应用。
除了以上的应用，湍流现象还在多个学科领域发挥着重要的作用。
湍流研究的现状和进展
湍流研究的现状和进展湍流是流体动力学中最重要的一个研究领域，它涉及到流体中的可观测量、流体的流动性质和内部结构的描述，以及它们之间的相互作用。
湍流研究的目的是研究它在实际工程应用中的数值模拟和传热物理过程，及其对流体动力学行为的解释。
这项研究可以说是一种交叉学科，既涉及数学、计算机科学，也涉及物理学和工程学的知识。
湍流研究一直是流体动力学领域的核心内容，它涉及到流体中的物理现象、运动规律、参数计算等。
近几十年来，数学物理和电子计算机计算机技术的发展，促使湍流研究取得了重大进展。
湍流研究现属于多学科交叉学科，有多方面的知识和技术需要参与。
其中，建立了有效的湍流模型和有效的计算方法，是湍流研究的重要内容。
一般而言，湍流模型可以分为两种：宏观层面的湍流模型，以及微观层面的湍流模型。
宏观层面的湍流模型，通常是建立并应用于实际流体力学流体系统的模型，在宏观层面，它从湍流数据和其他流体数据中，提取并加以利用有效的流体物理过程，建立有效的模型，对流体力学系统进行定量预测。
而微观层面的湍流模型，主要是考虑湍流的物理本质，以及湍流流动问题中的尺度效应等，提出及建立有效的湍流模型，用以模拟湍流的流动行为和物理现象。
湍流计算方法也可以分为宏观和微观两种。
宏观级别的湍流计算方法，通常是基于湍流模型，使用不同的数值方法，求解湍流流动问题，比如有限差分法、有限元法、近似离散法和控制面法等。
而微观级别的计算方法，包括柔性粒子方法和柔性网格方法，可以用来处理湍流流动问题，但这类计算方法比较复杂，耗时较多。
在近几年，随着计算机性能的不断提高，湍流的研究取得了长足的进步，微观模型在研究中已经得到了越来越多的关注。
比如，粒子网格法和柔性网格法在多态湍流的研究中的应用已经获得了较好的效果。
在有限元法的应用中，它可以用来数值模拟湍流流动物理过程，以及多模态湍流行为。
此外，随着计算机科学和数学物理学科的发展，新型计算方法，如多子法和新型网格技术，也可以用来数值模拟湍流流动行为。
流体力学中的湍流运动研究
流体力学中的湍流运动研究摘要湍流是流体力学中的一个重要研究领域，涉及复杂的流动现象和动力学特性。
本文综述了湍流运动的基本概念、特征和研究方法，并介绍了湍流在航空、水利、能源等领域的应用。
通过对湍流运动的深入研究，可以提高流体力学的理论和应用水平，推动相关领域的发展。
1. 引言湍流是流体力学中一种复杂的流动现象，常见于自然界和各种工程应用中。
湍流具有高度不规则和随机性，其特征包括涡旋结构、涡旋之间的相互作用和局部动量传输等。
湍流运动的研究对于理解和控制流体力学中的多尺度流动行为具有重要意义。
2. 湍流运动的基本概念湍流运动是指在流体中，由于流动速度和压力的非均匀性而产生的不稳定流动。
湍流运动具有三个基本特征：非线性、不可逆和随机性。
湍流流动的基本方程为雷诺平均纳维-斯托克斯方程，其包括连续性方程、动量方程和能量方程。
3. 湍流运动的特征湍流运动的主要特征包括涡旋结构、湍流能量谱、湍流的层次结构和湍流的两点相关性函数。
涡旋结构是湍流中最基本的动力学结构，通过描述涡旋的形态和相互作用，可以揭示湍流流动的特性和演化规律。
4. 湍流运动的研究方法湍流运动的研究方法主要包括实验方法、数值模拟方法和理论分析方法。
实验方法通过测量流场中的物理量，如速度、压力等，来研究湍流流动的统计特性和动力学特性。
数值模拟方法利用计算机模拟湍流流动的过程，可以得到流场的详细信息。
理论分析方法通过建立数学模型和推导物理方程，来研究湍流流动的基本规律和动力学机制。
5. 湍流运动的应用湍流运动在航空、水利、能源等领域具有广泛的应用。
在航空领域，研究湍流流动可以改善飞行器的空气动力性能，提高飞行效率。
在水利领域，研究湍流流动可以优化水电站的设计，提高发电效率。
在能源领域，研究湍流流动可以提高燃烧过程的效率，减少能源的消耗。
6. 湍流运动的挑战和展望湍流运动的研究还存在一些挑战，如涡旋的识别和追踪、湍流的结构演化和湍流边界层的运动规律等。
湍流理论研究进展简介
湍流理论研究进展简介摘要：湍流的机理使用许多方法从不同的侧面予以揭示，但问题的解决仍很漫长。
由于一些新技术在湍流实验方面的广泛实践和应用，人们开始对湍流整体的认识更加深入，从而揭示出新的实验现象、验证已有的理论成果。
关键词：湍流；研究进展；N-S方程；数值模拟湍流行为的有限维非线性动力系统的渐近解接近不规则性，但是存在较大困难的是，从理论上把有限维非线性动力系统理论推广到属于无限维非线性动力系统的偏微分方程的初边值问题。
但是在湍流研究的实践中，在大雷诺数的情况下，N-S方程的初边值问题，渐近解的不规则性。
其中一个证据是利用近代先进的计算机来数值求解N-S方程的实验。
在一些简单几何边界流动的数值实验中，不规则解在时间、空间上得以模拟，并且可以得到由这些解的系综统计或时间平均中得到和物理实验相同的统计结果，其次一个证据是Lorenz的奇怪吸引子解，在N-S方程有限维近似解中发现，当雷诺数很大时，方程存在长时间的不规则振荡解，这种解被称为奇怪吸引子，正是Lorenz的研究才开启了近代混沌理论研究的先河。
一、研究进展及启示在湍流理论中，Reynolds提出了两个理论，一个理论是把流动变成脉动部分和平均部分，另一个理论是流动状态稳定性的判断依据[1]。
第二个理论的判断依据是：（1）。
一些具有关联形式（2）的附加项出现在平均运动方程中，则湍流应力张量的分量是；因此，在平均部分中不可压缩流体的所有应力分量可以表示为：（3）在湍流理论的研究过程中，出现了许多常见问题：对于具有变化物理特性的系统，如何确定（3）中的物理参量，；在层流流动中存在有稳定性问题，不可压缩流体运动在确定临界雷诺数的过程中表现出来的不确定性问题，层流转变成湍流的原理问题，这是由于该不可压缩流体存在着一个变换区域，该变换区域是稳定的层流变换成表征掺混现象的平稳湍流；由于出现表观湍流应力张量的分量导致雷诺方程的不封闭问题，有关的效应在湍流扰动的影响下出现同介质物理性质脉动；导电介质的湍流与电磁场之间的相互影响；在湍流流动的边界条件上，尤其是拥有一定的边界上，在距离固定壁面不远处存在有层流区间，该区间的下边界条件为流体附着在固定壁面上，而把湍流能量达到最大值作为其上边界条件。
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关于湍流理论研究进展摘要本文对近年来湍流理论在某些方面的研究进展作了概要介绍，对具有代表性的理论假设的思想方法，进行了扼要阐述，指出了相应的实用价值和局限性。
关键词湍流湍流统计理论混沌理论湍流拟序结构湍流剪切流动1 无处不在的湍流现象湍流是自然界中流体的一种最普遍的运动现象，它广泛的存在于我们生活周围。
在大风吹过地面障碍物的旁边，在湍急的河水流过桥墩的后面，在烟囱中冒出的浓烟随风渐渐扩散等地方，都能观察到湍流运动现象。
简单地说，湍流运动就是流体的一种看起来很不规则的运动。
由于湍流现象广泛存在于自然界和工程技术的各个领域，因此湍流基础理论研究取得的进展就可能为经济建设和国防建设的广泛领域带来巨大的效益。
例如，提高各种运输工具的速度以大量节约能源，提高各种流体机械的效益；改善大气和水体的环境质量，降低流体动力噪声，防止流体相互作用引发的结构振动乃至破坏；加强反应器内部物质的热交换与化学反应的速度等等。
然而像湍流这样，虽经包括许多著名科学家在内长达一个世纪多的顽强努力，正确反映客观规律的系统的湍流理论至今还没有建立，在整个科学研究史上也是不多见的。
因此，可以说湍流是力学中没有解决的最困难的难题之一。
因此，世界上许多国家一直坚持把湍流研究列为需要最优先发展的若干重大基础研究课题之一。
2 湍流理论的发展历史湍流理论从它的思路来说大体可分为两类[1]。
一类是先把流体动力学方程组平均以后，然后再设法使方程组封闭，求解后再和实验结果比较，看封闭办法是否正确。
湍流中绝大部分理论是属于这一类型。
另一类是先求解，取特殊模型，再引进平均，得到要求的物理量，和相应的实验结果进行比较。
2.1 Reynolds方程和混合长度理论十九世纪70年代是Maxwell-Boltzmann分子运动理论取得辉煌成果的时代。
它成功地解释了气体状态方程、气体粘性、气体热传导和气体扩散等一系列现象。
湍流理论开始发展的时候，就受着这种思想支配。
1877年T.V.Bonssinesq[2]又开始用表观湍流（涡旋）粘性系数μT来表示湍流剪切应力τxy，即式中ρ为流体密度，为湍流（涡旋）运动粘性系数，U为x方向平均速度。
1886年O.Reynolds把湍流运动分为平均运动和脉动运动两个部分，又引进了两种平均效应，一种是分子的平均效应，另一种是流体团的平均效应。
分子平均效应产生压强和粘性应力，流体团平均效应产生表观的湍流雷诺应力。
1894年他得到了著名的Reynolds方程式中U i为平均速度，p为平均压强，u i为脉动速度，ρu i u j为Reynolds应力，ρμ分别为流体密度和粘性系数。
压强可由状态方程给出，粘性应力可用平均流速梯度和粘性系数表示。
Reynolds应力用什么来表示一直是一个很大的问题。
由于Reynolds 应力的引入使未知量增加了6个，使流体动力学方程组成为不封闭。
这就是通常所说的湍流的不封闭困难。
从1894年到本世纪30年代，很多人都从事过Reynolds应力用平均流速表示出来的工作。
其中最有名的就是混合长度理论。
它是分子运动理论表述粘性应力方法的直接移植。
1925年Prandt[3]参照分子自由程引入混合长度的概念来讨论单向沿管壁的流动，认为在该长度距离内，被运的动量是一个不变量，而表观剪应力由动量转移所确定，即扩散系数l 称为混合长度。
l被认为和离开固壁的距离y成正比。
而Karman则从湍流脉动的局部相似性出发，得到混合长度为Prandtl 的动量转移理论对平均流速分布问题与实验结果较好符合，但在理论上有严重的不能自圆其说的地方。
因为流体团在流体中运动是受压强作用的，而压强作用是会对流体团的动量产生改变作用的。
因此G.I.Taylor 在1932年提出了涡量转移理论，他认为在混合长度这段距离内，动量是在变化的，而是涡量才是一个不变的量。
由此得到涡旋运动粘性系数v T 和涡量扩散系数ε分别为这样，不仅克服了理论上的缺陷，而且能同时成功的解释平均流速分布和湍流热扩散两种现象。
以后还有很多人对混合长度理论的表达式进行了修改，并且把它应用到许多具体问题上，例如尾流、射流等等，曾计算出许多湍流运动的流场和温度场[4]。
在有些问题上动量转移理论较好，有些问题则涡量转移理论与实验更符合。
对不同的具体问题，混合长度有不同的具体表达式。
这就是通常把混合长度理论认为是半经验理论的原因。
在处理混合长度上曾经有过两种不同的观点。
一种是Prandtl的观点，认为混合长度是一个区域性的性质；另一种是Karman的相似性观点，认为混合长度和某一点的局部性质有关。
虽然在解决某些特殊问题时结果是相同的，但从概念来看却是完全不同的。
从今天的实验结果来看，似乎Prandtl 的观点更符合实际一些。
2.2 各向同性湍流的统计理论[1]从上世纪30年代开始，随着热线风速仪等测量技术的发展，实现了对一点湍流脉动量和不同点上脉动量之间相互关联的测量。
不同随机量之间的相互关联是统计学上常用的处理问题的方法，这就产生了湍流的统计理论。
这种理论主要研究湍流脉动场的统计规律性和湍流运动的内部微结构。
由于要避免平均剪切流动和湍流脉动相互交换能量以及湍流场各向异性和不均匀性等复杂性，G.1.Taylor 在1935年讨论了一个和静止气体分子运动论相当的流动状态，这就是均匀各向同性湍流。
他在风洞中网格后面做了大致上和这种流劫状态相当的实验。
讨论了湍流的关联函数，他令式中u1为P点脉动速度，u1＇为P点脉动速度，f（r）为纵向关联函数，g（r）为横向关联函数，λ就是湍流的Taylor微尺度。
它得到了湍流衰减定律并且讨论了扩散等问题。
1938年和T.vonKarman和L.Howarth把笛卡尔张量引入不可压缩流体的均匀各向同性湍流理论，简化了G.L.Taylor 的计算，并且得到了二元速度关联和三元速度关联的表达式及它们各自的分量之间的关系式他们还得到了均匀各向同性湍流的动力学方程式，即通常所说的Karman -Howarth方程把这个方程式对 r 展开，取第一项就就得到 Taylor 的湍流衰变定律。
这个方程有两 个未知量 f 和k ，两个未知函数只有一个方程，当然不能把 f 和 k 都求出来，所以方 程是不封闭的。
和 Reynolds 方程一样，这个方程也是不能求解的。
这些不封闭性 的原因都来源于流体动力学方程的非线性。
以后有很多人尝试引入某些假定来封 闭这个方程并求解它，但都未能彻底解决这个问题 1938年G.T.T.aylor 引入一维湍谱。
他把速度关联 用Fourier 变换变到 波数空间，得到一维湍谱函数 E i （ k i ）: 他在这方面的开拓性工作最初也获得了实验的证明。
到 1948年W.heisenberg 又把 式中 由于不可压缩流体的连续性条件，得到量子力学中常用的三维湍谱引入和物理空间的Karman-Howarth 方程相对应，得到了湍流空间相应的方程式子和的关系为W.Heisenberg为了求解，用量刚分析方法求出涡旋粘性系数，最后得到的方程为式中r为一个常数。
Bass和Chandrasekhar曾进行求Heisenberg方程。
Chandraseklar求得与时间无关的准确解。
这个解在，Reynolds数无穷大时趋近于，E（k）～k-7，这也是Heisenberg最初用近似方程得到的。
2.3具有剪应力的普通湍流理论周培源教授在上世纪30年代初期就带领他的学生从事湍流理论研究工作[5]在30年代末，他认识到Reynolds应力和物体几何形状等边界条件密切相关，要找出Reynolds应力和粘性应力相似不随边界形状改变的应力形变关系式是不可能的。
因此他着重寻找Reynolds应力及关联函数所满足的方程[6-8]，希望能在解Reynolds应力的方程时，把边界等影响作为积分常数（也就是初始条件和边界条件）自然地考虑进去。
1940年周培源教授从Navier-Stokes方程减去Reynolds方程，为Reynolds应力，π为压力涨落。
再从速度涨落方程得到Reynolds应力方程及平均的三元涨落数度乘积方程同样也可以得到相应的二元速度关联和三元速度关联方程， 他把四元速度关联用 二元速度关联表出并分别给出二元速度关联和三元速度关样及压力速度关联的 表达式，就能得到封闭的方程组。
对固体壁附近湍流和自由剪切湍流在各自的简 化假定下曾得到不少和实验相符合的结果 [9]。
但这样做存在着关联系数表达式其 有一定任意性的困难 （这就是不同封闭方案的变形） 。
而且在电子计算机还没有 发展的 40 年代要严格求解这样多的方程是不可能的。
近年来由于高速电子计算 机的产生， 很多复杂的计算工作可以通过机器来完成。
周培源教授所做的理论研 究又被重新提了出来，并受到国际上很大的重视。
2.4 最近的湍流统计理论2.4.1 E.Hopf 理论 [10]1952年以研究遍历理论著名的概率论和数理统计学家 E.Hopf 根据湍流脉动场的随机性质，引进脉动速度场的分布泛函。
然后从 Navier-Stokes 方程和连续方 程，推导得到了一个对特征泛函数为线性的积分微分方程。
由于对这个方程求解 遇到很大困难，以后一直没有取得什么进展。
2.4.2 R.H.Kraichnan 直接相互作用理论1958年R.H.Kracichnan [11] 把外力作用下的 Navier-Stokes 方程经过Fourier 变 换，求得小扰动下 Green 函数所满足的方程。
然后再把速度和 Green 函数用小参数 展开，它的实质相应于用 Reynolds 数展开 .再加上准 Gauss 分布的假定，把四阶矩 用二阶矩乘积代入， 经过复杂钓计算以后， 再把 Green 函数和关联函数的零级近 似用Green 函数和关联函数本身代替，于是得到两个联立方程。
2.4.3 Lewis 等人的分子运动理论日本的Tsuge [12]和美国的 Lewis [13]等人从气体分子运动论的观点出发，在微 观领域内发展了 Reynolds 两种平均的理论。
他们引入了超系综( Superensembl )e 和次系统( Subensemble ) 两种平均来对应于 Reynolds的分子平均和湍流平均，这两种平均无疑是完全必要的。
因为脉动速度等脉动量都是宏观可观察量，因此决不能仅由一种分子平均来代替。
同时他们减弱了混乱假定，推导出广义Boltzmann方程。
通过平均得到了连续方程，平均运动方程，二阶矩方程、三阶矩方程等等。
和一般湍流理论一样，方程组是不封闭的。
要使方程组封闭，仍然要引进封闭性条件。
从理论的角度来说，减弱混乱假定实际上是可有可无的。
因为只要引进超系综平均和次系综平均，出现Reynolds应力等物理量是必然的，与混乱假定毫不相干。