高二物理竞赛流体力学——紊流课件.pptx

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1、流体力学流体力学紊流紊流紊流紊流1、流动的黏性效应、流动的黏性效应圆圆柱绕柱绕流流问题问题2：势流叠加原理：势流叠加原理平面不可压缩势流的速度平面不可压缩势流的速度 势和流函数均满足拉普拉势和流函数均满足拉普拉 斯方程，而拉普拉斯方程斯方程，而拉普拉斯方程 是线性齐次方程，所以它是线性齐次方程，所以它 的解具有可叠加性。的解具有可叠加性。问问题题1：均匀流与偶极：均匀流与偶极子子流是什流是什么？他们的势函数和流函数？么？他们的势函数和流函数？柱坐标系下理想流体柱坐标系下理想流体 圆柱绕流速度分布圆柱绕流速度分布紊流紊流1、流动的黏性效应、流动的黏性效应圆圆柱绕柱绕流流在圆柱的柱面上在圆柱的柱面

2、上应用伯努利方程应用伯努利方程紊流紊流1、流动的黏性效应、流动的黏性效应圆圆柱绕柱绕流流Re1Re15Re25Re40Re60Re300圆柱绕流流谱、速度分布、圆柱绕流流谱、速度分布、压压强分强分布布、边、边界层界层 分离和尾流不仅更为复杂，分离和尾流不仅更为复杂，而而且且与与Re有关有关紊流紊流1、流动的黏性效应、流动的黏性效应管管内流内流动动理想流体理想流体黏性流体黏性流体Re105层流状态层流状态紊流状态紊流状态紊流紊流流流态与态与转转捩捩ReRec12、层流与紊流、层流与紊流稳定层流状态稳定层流状态Rec1 Re Rec2紊流状态紊流状态紊流紊流2、层流与紊流、层流与紊流层层流稳流稳定

3、定性性惯性力惯性力 黏性力黏性力Re小，黏性力抑制惯性力，扰小，黏性力抑制惯性力，扰动动收到收到阻阻尼衰减尼衰减Re大，黏性力不足以抑制惯性大，黏性力不足以抑制惯性力力，扰，扰动动放大放大，状状态态失稳失稳层流稳定性理论层流稳定性理论：研究从层流研究从层流失失稳发稳发展展成成为为紊流紊流的的理论理论， 寻求各种条件下，层流对扰动寻求各种条件下，层流对扰动失失去抑去抑制制能能力力的的Recr。小扰动法小扰动法紊流紊流2、层流与紊流、层流与紊流层层流稳流稳定定性性来流的紊流度：来流的紊流度：紊流紊流2、层流与紊流、层流与紊流层层流稳流稳定定性性壁面粗糙度：壁面粗糙度：二维粗糙对转捩的影响二维粗糙对

4、转捩的影响紊流紊流2、层流与紊流、层流与紊流紊紊流的流的特特征征不规则性不规则性扩散性扩散性涡旋的三维性涡旋的三维性大雷诺数大雷诺数紊流紊流2、层流与紊流、层流与紊流紊紊流的流的特特征征环境污染问题大气污染：大气污染是指由于人类活动和自然过程引起某种物 质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此 而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。环境污染问题海洋污染：全球共有35个主要海域，有的与大陆相连，有的由 陆地环绕。在所有海域中，受人类“比较严重影响”“严重影 响”和“非常严重影响”的比例加起来是41%。环境污染问题河流污染：工业地区和人口密集城市的河流大多受到不同程度 的

5、污染。（1）污染程度随径流变化，径污比（河流的径流量与污水 量之比）越大（2）污染影响范围广，易富集。（3） 自净能力较强，河流的流速较大，在流动过程中，污 染物质与河流的底质、大气发生各种物理、化学和生物的作 用，使得水体得到自净。影响及台风暴雨的袭击，容易发生海潮倒灌、河水漫滩， 使工农业生产受到损失。环境污染问题河口污染：入海河口由于流量大，比降小，更受到海洋潮汐的环境污染问题湖泊污染： 湖泊与河流有着不同的水文条件，湖水流动缓慢 、蒸发量大，有相对稳定的水体，且具有调节性。（1）湖泊污染来源广、途径多、种类多（2） 湖水稀释和输运污染物能力弱（3） 湖泊对污染物的生物降解、 积累和转化能力强