流體的紊流運(yùn)動(dòng)

　　一、紊流的發(fā)生

　　間斷面→流速梯度無窮大→切應(yīng)力無窮大→不可能→流速調(diào)整

　　紊流形成過程的分析

　　通過雷諾試驗(yàn)可知，層流和紊流的主要區(qū)別在于

　　紊流：各流層之間液體質(zhì)點(diǎn)不斷互相混摻

　　層流：無

　　互相混摻是由于液流擾動(dòng)產(chǎn)生渦體所致，渦體形成是混摻作用產(chǎn)生的根源。

　　由于外部擾動(dòng)、來流中殘留的擾動(dòng)，液流不可避免產(chǎn)生局部性波動(dòng)。

　　隨著波動(dòng)，局部流速和壓強(qiáng)將重新調(diào)整。 微小流束各段承受不同方向的橫向力P 作用。

　　橫向力和切應(yīng)力構(gòu)成了同向力矩，使波峰越凸，波谷越凹，促使波幅增大。

　　波幅增大到一定程度，橫向壓力和切應(yīng)力的綜合作用，使波峰和波谷重疊，形成渦體。

　　渦體上面流速大，壓強(qiáng)小，下面流速小，壓強(qiáng)大，形成作用于渦體的升力，推動(dòng)渦體脫離原流層摻入流速較高的臨層，擾動(dòng)臨層進(jìn)一步產(chǎn)生新的渦體。

　　渦體形成后，其是否能摻入上臨層取決于渦體慣性力和粘滯力的對比。當(dāng)渦體慣性作用與粘性作用相比大到一定程度，才有可能上升至臨層，由層流發(fā)展到紊流。

　　渦體形成后，也可能摻入下臨層，取決于瞬時(shí)流速分布

　　二、紊流的基本特征及時(shí)均法

　　紊流的基本特征是：在運(yùn)動(dòng)過程中，質(zhì)點(diǎn)具有不斷的互相混雜現(xiàn)象。質(zhì)點(diǎn)的互相混雜使流區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的流速、壓強(qiáng)等運(yùn)動(dòng)要素在數(shù)值上發(fā)生一種脈動(dòng)現(xiàn)象。

　　(1) 時(shí)均法

　　把紊流運(yùn)動(dòng)看成是由時(shí)間平均流動(dòng)和脈動(dòng)流動(dòng)疊加而成

　　(2) 紊流的性質(zhì)及特征：

　　1、具有連續(xù)性;

　　2、是大雷諾數(shù);

　　3、具有隨機(jī)性;

　　4、三維性和旋渦性;

　　5、擴(kuò)散性、可以傳熱、傳遞動(dòng)量

　　三、紊流的半經(jīng)驗(yàn)理論

　　特點(diǎn)：尋找由于脈動(dòng)所引起的紊流附加應(yīng)力與時(shí)間流速的關(guān)系，從而求得脈動(dòng)對時(shí)均流動(dòng)的影響。

　　混合長度理論：

　　在紊流里，質(zhì)點(diǎn)被橫向脈動(dòng)流速運(yùn)移某一橫向距離L后，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)才會(huì)在新的的地點(diǎn)與四周的質(zhì)點(diǎn)互相混合，從而失去他原來的特征(如動(dòng)量)，結(jié)果是該質(zhì)點(diǎn)具有與四周質(zhì)點(diǎn)同樣的特征，這個(gè)橫向距離L叫做混合長度。

　　四、圓管紊流流核與粘性底層

　　在紊流中緊靠管壁附近這一薄層稱為粘性底層;在粘性底層之外的液流，統(tǒng)稱為紊流流核。

　　局部水頭損失

　　一、局部水頭損失包括：

　　1、漩渦處產(chǎn)生動(dòng)量交換，能量損失掉。

　　2、流速分布調(diào)整，消耗能量。

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