编辑“︁湍流”︁
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== 湍流的形成 == |
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[[File:Laminar-turbulent_transition.jpg|link=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/03/Laminar-turbulent_transition.jpg/220px-Laminar-turbulent_transition.jpg|right|thumb|来自这种蜡烛火焰的羽流从层流变为湍流。雷诺数可用于预测这种转变将发生的位置]] |
[[File:Laminar-turbulent_transition.jpg|link=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/03/Laminar-turbulent_transition.jpg/220px-Laminar-turbulent_transition.jpg|right|thumb|来自这种蜡烛火焰的羽流从层流变为湍流。雷诺数可用于预测这种转变将发生的位置]] |
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在某种程度上,湍流的开始可以通过[[雷诺数]]来预测,雷诺数是流体内惯性力与[[黏度|黏性]]力的[[比|比值]],流体由于不同的流体速度而受到相对内部运动,在所谓的[[邊界層|边界]]内在边界表面(例如管道内部)的情况下为[[邊界層|层]]。通过引入更高速度的流体流(例如来自空气中的火焰的热气体)可以产生类似的效果。这种相对运动会产生流体摩擦,这是产生湍流的一个因素。抵消这种影响的是流体的黏度,随着黏度的增加,它会逐渐抑制湍流,因为更多的动能被更黏稠的流体吸收。雷诺数量化了这两种力在给定流动条件下的相对重要性,并且是在特定情况下何时会发生湍流的指南。 <ref>{{Cite book|last=Falkovich|first=G.|date=2011|title=Fluid Mechanics |
在某种程度上,湍流的开始可以通过[[雷诺数]]来预测,雷诺数是流体内惯性力与[[黏度|黏性]]力的[[比|比值]],流体由于不同的流体速度而受到相对内部运动,在所谓的[[邊界層|边界]]内在边界表面(例如管道内部)的情况下为[[邊界層|层]]。通过引入更高速度的流体流(例如来自空气中的火焰的热气体)可以产生类似的效果。这种相对运动会产生流体摩擦,这是产生湍流的一个因素。抵消这种影响的是流体的黏度,随着黏度的增加,它会逐渐抑制湍流,因为更多的动能被更黏稠的流体吸收。雷诺数量化了这两种力在给定流动条件下的相对重要性,并且是在特定情况下何时会发生湍流的指南。 <ref>{{Cite book|last=Falkovich|first=G.|date=2011|title=Fluid Mechanics|publisher=Cambridge University Press}}{{ISBN missing}}</ref> |
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这种预测湍流开始的能力是管道系统或飞机机翼等设备的重要设计工具,但雷诺数也用于流体动力学问题的缩放,并用于确定两种不同情况之间的动态相似性流体流动,例如模型飞机及其全尺寸版本之间。这种缩放并不总是线性的,雷诺数在这两种情况下的应用允许开发缩放因子。由于流体分子[[黏度]]的作用,[[动能]]被显着吸收的流动情况产生了[[层流]]状态。为此,[[雷诺数]]( {{Math|Re}} ) 用作无量纲量。 |
这种预测湍流开始的能力是管道系统或飞机机翼等设备的重要设计工具,但雷诺数也用于流体动力学问题的缩放,并用于确定两种不同情况之间的动态相似性流体流动,例如模型飞机及其全尺寸版本之间。这种缩放并不总是线性的,雷诺数在这两种情况下的应用允许开发缩放因子。由于流体分子[[黏度]]的作用,[[动能]]被显着吸收的流动情况产生了[[层流]]状态。为此,[[雷诺数]]( {{Math|Re}} ) 用作无量纲量。 |
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: <math>\Big\langle \big (\delta \mathbf{u}(r)\big )^2 \Big\rangle \propto r^{p-1} \,,</math> |
: <math>\Big\langle \big (\delta \mathbf{u}(r)\big )^2 \Big\rangle \propto r^{p-1} \,,</math> |
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由于从二阶结构函数获得的实验值仅略微偏离{{Sfrac|2|3}}柯尔莫哥洛夫 理论预测的值, {{Mvar|p}}的值非常接近{{Sfrac|5|3}} (差异约为 2% <ref>{{Cite book|first=J.|last=Mathieu|first2=J.|last2=Scott|title=An Introduction to Turbulent Flow |
由于从二阶结构函数获得的实验值仅略微偏离{{Sfrac|2|3}}柯尔莫哥洛夫 理论预测的值, {{Mvar|p}}的值非常接近{{Sfrac|5|3}} (差异约为 2% <ref>{{Cite book|first=J.|last=Mathieu|first2=J.|last2=Scott|title=An Introduction to Turbulent Flow|publisher=Cambridge University Press|date=2000}}{{ISBN missing}}</ref> )。因此,“柯尔莫哥洛夫 -{{Sfrac|5|3}}光谱”一般在湍流中观察到。然而,对于高阶结构函数,与 柯尔莫哥洛夫 标度的差异是显着的,并且统计自相似性的分解是明显的。这种行为,以及{{Mvar|C<sub>n</sub>}}常数缺乏普遍性,与湍流中的[[陣發混沌|阵发混沌]]现象有关,并且可能与在尺度{{Mvar|r}}上平均耗散率的非平凡缩放行为有关。 <ref>{{Cite journal |last=Meneveau |first=C. |last2=Sreenivasan |first2=K.R. |date=1991 |title=The multifractal nature of turbulent energy dissipation |url=https://archive.org/details/sim_journal-of-fluid-mechanics_1991-03_224/page/429 |journal=J. Fluid Mech. |volume=224 |page=429–484 |bibcode=1991JFM...224..429M |doi=10.1017/S0022112091001830 |s2cid=122027556}}</ref>这是该领域的一个重要研究领域,现代湍流理论的一个主要目标是了解惯性范围内的普遍性,以及如何从 Navier-Stokes 方程(即第一原理)推导出间歇性特性。 |
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== 另见 == |
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