傳輸原理

1、二、湍流描述的基本方法在工程的流體流動(dòng)現(xiàn)象大多是湍流流動(dòng)，其特點(diǎn)是流體內(nèi)部充滿了可以目測(cè)的旋渦，這些漩渦除了在主體流動(dòng)方向上隨流體運(yùn)動(dòng)外，還在各個(gè)方向上做無(wú)規(guī)則的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，流體在運(yùn)動(dòng)中相互摻混極不規(guī)則。這些不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致對(duì)湍流的研究大大的復(fù)雜于層流，到目前為止，由于對(duì)湍流的機(jī)理和本質(zhì)還不清楚，還沒(méi)有一套完整的描述湍流運(yùn)動(dòng)的理論，只能用一些半經(jīng)驗(yàn)半理論的結(jié)果。湍流的主要特征是隨機(jī)性、有旋性、三維性、擴(kuò)散性和耗散性。對(duì)湍流的大量理論和實(shí)驗(yàn)

2、研究證明，雖然湍流是一種無(wú)規(guī)則的流動(dòng)狀態(tài)，湍流中的各種量呈現(xiàn)隨著時(shí)間和空間的隨機(jī)變化，但在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，這些量的統(tǒng)計(jì)平均值的變化是有規(guī)則的，也就是湍流運(yùn)動(dòng)服從數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)研究。雷諾用平均值和脈動(dòng)值之和來(lái)代替瞬間值，推出了具有實(shí)際意義的以時(shí)均值作為控制變量的雷諾方程。1）湍流處理方法——時(shí)均值隨機(jī)的脈動(dòng)，如以嚴(yán)格的處理方式是很難解決的，因?yàn)樗且环N不確定的變化過(guò)程。對(duì)隨機(jī)的脈動(dòng)，數(shù)學(xué)的處理方法有兩種。一種為空間平均

3、法；另一種為時(shí)間平均法?？臻g平均法是指物理量隨空間變化，是隨機(jī)的，而時(shí)間平均法主要是為物理量具有脈動(dòng)性而提出的。由于湍流的最顯著的特性為脈動(dòng)，因此，著重討論時(shí)間平均法。流速隨時(shí)間變化是無(wú)規(guī)則的，無(wú)法用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)規(guī)律描述。但從變化規(guī)律中同時(shí)可以看出，流速值是圍繞某一平均值上下波動(dòng)的。式中：為瞬間值，為時(shí)均值，為脈動(dòng)值。(1)幾何相似：模型和原型中各對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度之比為一常數(shù)，該常數(shù)稱(chēng)為比例因子。(2)時(shí)間相似：模型和原型中各對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔成一定

4、比例，該比例為一常數(shù)。(3)運(yùn)動(dòng)相似：模型和原型中運(yùn)動(dòng)狀況相似，也就是兩個(gè)幾何相似的系統(tǒng)中各對(duì)應(yīng)點(diǎn)速度方向一致，大小成一定比例。(4)動(dòng)力相似：模型和原型中各對(duì)應(yīng)位置力的方向一致，大小成一定比例。(5)熱相似：模型和原型中各對(duì)應(yīng)處由各種傳熱方式引起的傳熱速率成一定比例，如果再加上幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似，則模型和原型中的溫度場(chǎng)就相似。(6)化學(xué)相似：模型和原型中各對(duì)應(yīng)點(diǎn)及相應(yīng)時(shí)間內(nèi)發(fā)生的相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率成一定比例。系統(tǒng)的幾何相似對(duì)液體流動(dòng)狀

5、態(tài)有著明顯的影響，是進(jìn)行流動(dòng)的物理模擬最基本條件之一。在研究非穩(wěn)定態(tài)流動(dòng)時(shí)，要考慮模型和原型在時(shí)間上的相似性，而對(duì)穩(wěn)定流動(dòng)，則不存在此問(wèn)題。熱相似對(duì)自然流動(dòng)很重要，但一般由注流引起的強(qiáng)制流動(dòng)，模擬時(shí)很少考慮熱相似。如果化學(xué)反應(yīng)對(duì)流動(dòng)無(wú)顯著影響，則可不考慮化學(xué)相似。當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)幾何相似和動(dòng)力學(xué)相似時(shí)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)相似能得到滿足。動(dòng)力學(xué)相似也就是系統(tǒng)內(nèi)力的相似。在進(jìn)行流動(dòng)模擬研究時(shí)，動(dòng)力學(xué)相似和幾何相似是兩個(gè)最基本的條件。流體運(yùn)動(dòng)時(shí)受到了慣性力、