讲-湍流模式理论

第5讲湍流模式理论海洋科学与工程学系DepartmentofOceanScienceandEngineering贺治国；宋丹高等流体力学2内容湍流数值模拟现有的湍流数值模拟方法有3种：直接数值模拟、大涡数值模拟和雷诺平均模拟。数值离散方法--有限差分法、有限元、有限体积法、边界元、格子法等JamesonPartankarSpaldingRodiOrszagGodunov

VonNeumann

内容雷诺平均统计模式建立统计模式的一般原理湍流涡粘模式代数模式标准双方程模式非线性双方程模式壁函数低雷诺数修正二阶矩模式3建立统计模式的一般原理（1）

尺度问题clcll

对应的是含能尺度统计模式是对尺度l

以下尺度的脉动进行模化《

模式思想统计模式的思想是建立高阶矩与低阶矩之间的关系式有两种方法来对雷诺应力进行模化一种：是建立二阶矩（雷诺应力）与一阶矩（平均速度）之间的关系另一种：是建立三阶矩与二阶矩之间的关系《4建立统计模式的一般原理（2）

近似准则1-涡粘模式脉动场与平均速度场、脉动速度的初始条件和边界条件有关《脉动速度的一般形式雷诺应力的一般形式从统计的角度，初始扰动的影响可以排除而边界的影响则很大《这是二阶矩由一阶矩近似的准则《5建立统计模式的一般原理（3）

近似准则2-二阶矩模式这是三阶矩、二阶矩由速度二阶矩近似的准则《6TransportDefinition:Specificgravityofsediment:2.65TransportGoverningEq.:SedimentTransportGoverningEq.(Laminar):FineSediment;LowConcentration<200kg·m-3):Application?Navier-Poissonlaw:TransportGoverningEq.(Turbulence):FineSediment;LowConcentration:Momentumtransportduetoturbulencemotions,Sedimenttransportduetoturbulence,SedimentTransportGoverningEq.(Turbulence):FineSediment;LowConcentration:Momentumtransportduetoturbulencemotions,Sedimenttransportduetoturbulence,Boussinesq’seddyviscosityconcepteddyviscosity>>molecularviscosityturbulentkineticenergyturbulentdiffusivityofsedimentSchmidtnumber(0.5,1)湍流的涡粘模式（1）

涡粘模式S为流体平均速度的应变率张量湍流粘度就是模式理论研究的关键实际上更为一般的式子为ll12湍流的涡粘模式（2）

代数涡粘模式普朗特混合长度理论三维湍流粘度公式《Baldwin-Lomax模型采用涡量来计算湍流粘度《分内外层来分别计算湍流粘度《普朗特湍流粘度公式《Limitation:Smagorinsky模型1314湍流的涡粘模式（3）

一方程涡粘模式theKolmogorov-Prandtlexpressiondissipationterm湍动能方程湍流的涡粘模式（3）

标准双方程涡粘模式cl15

标准双方程涡粘模式耗散率方程最难模化耗散率模化方程是比照湍动能模化方程而来《耗散率方程16

标准双方程涡粘模式-系数的确定雷诺应力的生成项与耗散项相平衡《雷诺应力的表达式《测量确定《在湍流边界层的等应力区117

标准双方程涡粘模式-系数的确定各向同性湍流只有耗散《对于早期衰变，n=1.3《或对各向同性湍流18湍流的涡粘模式（4）

重整化群双方程涡粘模式RNG模式

非线性双方程涡粘模式应变率、涡量的二次项历史效应《19SedimentTransportGoverningEq.(Turbulence):FineSediment;LowConcentration:k-εturbulencemodelsturbulentkineticenergydissipationrateLESDNSOrszag:徘徊于牛A与牛B之间的人DNS；Tur.谱方法湍流的涡粘模式（5）

后台阶流动的比较标准双方程模式非线性双方程模式Kuchemann：每一种具体的理论或数值方法都是暂时的，而对流动本质的理解却是永恒的2122湍流的涡粘模式（5）casesKuchemann：每一种具体的理论或数值方法都是暂时的， 而对流动本质的理解却是永恒的第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影响余隙容积Vc的影响进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理指示功率pi

：按示功图计算的功率理论功率Ps、PT：按理论循环计算的功率

Ps(PT)<pi轴功率P：压缩机轴的输入功率绝热指示效率等温指示效率机械效率总效率（绝热、等温）二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4.功率和效率三、多