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1、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,紊紊流脉动并非完全不规则的随机过程,而是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在不规则的脉动中包含可辨认的有序大尺度运动度运动,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。第一类称为近壁紊近壁紊流流(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。第二类称为自自由剪切紊流由剪切紊流,它是没有固壁的剪切紊流,如射流、混合层和远场尾流。1 自由剪切紊流中的拟序结构在 个测点
2、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 :以自由来流的脉动速度均方根 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 如下:NNiiNI1rmsuI0 ,)(1 ,)(22IuuIuurmsrms(紊流)(非紊流)2 紊流边界层的拟序结构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。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。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
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