流体力学拓展知识点-湍剪切流的逆序结构.docx

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1、湍剪切流的逆序结构湍剪切流中不仅存在着无数作随机无序运动的小尺度湍流，而且还存在着大量作逆序运动的大尺度 涡.这是近40多年来，人们通过艰辛努力后，对湍急本质认识的一个重要突破.早在1943年S科辛利用热 线测速技术对轴对称热空气湍射流进行实验研究时首先发现在射流的外界面处,湍流的出现是间歇性 的.4年后,A.A.汤森在测量绕圆柱的湍尾流时也发现类似情况.1954年科辛与A.L,吉斯特勒和P.S.克莱 巴诺夫分别对自由湍流尾时也发现类似的情况.1954年科辛与A.L.吉斯特勒河P.S.克莱巴诺夫分别对 自由湍流边界和湍流边界层外边界进行广泛而仔细的测量后证实一切湍剪切流的外界面处均存在间 歇现

2、象，实际上，这种间歇性的出现是于湍剪切流中存在着作拟序运动的大涡密切相关的.1956年A.A. 汤森在中介前人成果与进行大量实验的基础上，提出小尺度湍流与大涡相结合的双重结构是湍剪切流 的主要特征.并认为这些大涡应具有唯一确定的形式，他强调大涡对湍流输运性质的重要性和描绘出第 一张大涡的运动图.同年,H.A.爱因斯坦与H.克兰与P.W.朗斯塔德勒分别用热线测量与流动显示研究了 湍流边界层近壁区内拟序运动的特点,包括粘性次层中存在连续三维的非定常运动等.进入60年代,斯坦福大学的一批科学家如S.J.克兰,W.C.雷诺J金和俄亥俄州立大学的R.S.布罗德基以 及AJ.格拉斯,LSG克瓦斯内登利用流

3、动现实和热线技术广泛地对湍流边界层的缓冲区和粘性次层进 行了实验研究，结果证实逆序运动确实在下述几个方面扮演着重要角色（1）在壁附近产生新的湍流；（2） 通过夹带使边界层增长；（3）沿两个方向按时均速度梯度实现动量输运等。70年代以后，由于数字计算机的普遍使用和条件采样技术的不断提高，大大改变了湍流结构研究的面 貌，不少流体力学家对湍流边界层内的逆序运动进行了更深入细致的实验研究，例如湍流边界层外界 面处，湍流/非湍流的性质，大涡运动和夹带机理等，在近壁区内，猝发，喷射与湍流生成的机理， 流向涡的形成和演化，以及壁压强涨落与速度涨落与近壁湍流结构的关系。经过许多科学家的长期辛勤工作，现在终于证实无论是在粘性次层，缓冲区或外区中均有各自的逆序 运动，它们的结构特征是不相同的，但在大多数情况，这些结构属性的方差值与平均值相比都相当大, 因而是可测量的，这样就大大地提高了人们对湍剪切流，特别是对湍流边界层的认识和了解，在此基 础上，1979年，G格罗特巴赫与U.舒曼和J.金与P.莫英分别开始用直接数值模拟和大涡模拟研究渠 道中的湍流运动。