第七讲 紊流拟序结构

在 N 个测点的时间序列中，紊流状态时间段占全 部测量时间的比值称为间歇因子 ：
Ii N
i 1 N

自由剪切紊流中拟序涡结构的显示结果
2 紊流边界层的拟序结构

紊流边界层拟序结构的实验观测
Kline(1967)和他在Stanford大学的同事用氢气泡技 术显示了紊流边界层内层的拟序结构。
3 简单紊流的控制
近代空气动力学家Liepmann曾经预言：“紊流 中存在有序结构的最重要的方面也许是以干扰这种 大尺度结构来控制紊流”。
自由剪切紊流的拟序结构比较简单，它们主要 由大尺度的二维波组成，对这种波的频率进行干扰， 就可以破坏或加强拟序结构。壁紊流控制的主要内 容有壁面阻力、壁面传热传质和流动分离的控制等。
1 自由剪切紊流中的拟序结构
自由剪切紊流中的紊流脉动的间歇性 以自由来流的脉动速度均方根 urms 为阈值，作

为区分紊流状态（脉动大于均方根）和非紊流状 态（脉动小于均方根）的准则。定义一个示性函 数 I 如下： 2
u (urms ) , I 1 （紊流） 2 u (urms ) , I 0 （非紊流）

紊流边界层拟序结构的主要特征
近壁紊流拟序结构的过程描述如下：
（1）近壁的条带
（2）条带的升起、振动和破裂
（3）下扫和条带的再现
பைடு நூலகம்
近壁紊流拟序结构的重要意义在于它是生成紊流的 重要机制。近壁紊流中的速度脉动强度和雷诺应力 的分布如下图所示：

紊流边界层外层的拟序结构
紊流边界层外层是弱剪切层，外层是以瞬时的紊流 和非紊流界面为边界，同时拟序运动以展向涡为主。 由于紊流边界层外层界面的不规则运动，难以用氢 气泡技术显示外层图象，外层结构常用烟气显示。
第七讲 紊流拟序结构
近代紊流研究的重大进展之一是发现 剪切紊流中存在拟序结构。拟序结构的发 现改变了人们对紊流运动的传统认识，紊 流脉动并非完全不规则的随机过程，而是 在不规则的脉动中包含可辨认的有序大尺 度运动，这种有序的大尺度运动随机地出 现在剪切紊流中，并主宰紊流的动量、能 量和质量输运。
剪切紊流可以分为两类。第一类称为近壁紊 流（壁紊流），就是在壁面附近的剪切紊流， 如槽道、圆管和边界层紊流。第二类称为自 由剪切紊流，它是没有固壁的剪切紊流，如 射流、混合层和远场尾流。