湍流現象

湍流是一種高度複雜的三維非穩態、帶旋轉的不規則流動。在湍流中的流體的各種物理參數，如速度、壓力、溫度等都隨時間與空間發生隨機的變化。

基本介紹

• 中文名：湍流現象
• 外文名：turbulence
• 說明：三維非穩態、帶旋轉的不規則流動
• 描述：高度複雜
• 特點：各種物理參數隨時間發生隨機變化

名詞解釋

湍流是一種高度複雜的三維非穩態、帶旋轉的不規則流動。在湍流中的流體的各種物理參數，如速度、壓力、溫度等都隨時間與空間發生隨機的變化。從物理結構上說，可以把湍流看成是由各種不同尺度的渦旋疊合而成的流動，這些漩渦的大小及旋轉軸的方向分布是隨機的。大尺度的渦旋主要是有流動的邊界條件所決定，其尺寸可以與流場的大小相比擬，是引起低頻脈動的原因；小尺度的渦旋主要是有粘性力所決定，其尺寸可能只有流場尺度的千分之一量級，是引起高頻脈動的原因。大尺度的渦旋破裂後形成小尺度渦旋。較小尺度的渦旋破裂後形成更小尺度的渦旋。因而在充分發展的湍流區域內，流涕渦旋的尺度可在相當寬的範圍內連續地變化。大尺度的渦旋不斷地從主流獲得能量，通過渦旋間的相互作用，能量組建向小的渦旋傳遞。最後由於流體粘性的作用，小尺度的渦旋不斷消失，機械能就轉化（或稱為耗散）為流體的熱能。同時，由於邊界作用、擾動及速度梯度的作用，新的渦旋又不斷產生，這就構成了湍流運動。

流體內部多尺度渦旋的隨機運動構成了湍流的一個重要特點：物理量的脈動。

要注意的是，湍流運動儘管是流體微團的運動，但遠未達到分子水平。無論湍流運動多么複雜，非穩態的N—S方程對於湍流的瞬時運動仍然是適用的。

湍流的定義

Van.Kavman和I.G Taylor對湍流的定義為：

湍流是流體和氣體中出現的一種無規則流動現象，當流體流過固體邊界或相固流體相互流過時會產生湍流。

Hinze對湍流的定義為：

湍流是時間和空間上的一種不規則的隨機變化，可利用不同的統計平均值來統計。

Bradshan對湍流的定義為：

湍流是寬範圍尺度的渦旋組成的。

用一句話總結湍流：

在一定雷諾數下，流體表現在時間和空間上的隨機脈動運動，流體中含有大量不同尺度的渦旋(eddy)。