一级结构师基础辅导：紊流运动的特征结构工程师考试

文章作者 100test 发表时间 2009:04:30 08:19:59
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4.3 紊流运动的特征
紊流中，流体质点在运动中不断互相混杂，使各点的流速、压强等运动要素都随时间作无规则的变化，这种变化称为脉动现象。图6-4—3表示紊流中某点x方向速度u_x(随时间t变化的曲线。同样也可测出该点u_y、u_z和p随时间的变化曲线。看起来这种变化迅速而无规律，使对紊流的研究十分困难。但经深入分析可知，这种脉动是围绕/考 试大/某一平均值而变化的。这样，可以将紊流看作两个流动的叠加。即时间平均流动和脉动的叠加。某点在某一瞬时x


引入时间平均流动的概念后，尽管紊流实质上是极无规则的非恒定流，但只要它的时均值是一常数就可以将它看成恒定流。或者它的时均值随时间遵循某一规律变化，就可看作是随时间遵循某一规律变化的非恒定流(如水箱中水无补给时经水箱孔口的出流)，而且前面提到的概念如流线、断面平均流速等等都可以看作是时间平均化后的概念，仍可照常应用。但对于紊流的切应力、紊流扩散等问题的研究却必须考虑紊流的脉动。 紊流中的切应力除了由于粘性所产生的切应力外，由于质点互相掺混、动量的变换，还存在着紊流的附加切应力，又称为雷诺应力。


才中 l——混合长度。流体质点因横向脉动流速作用，横向运动一段距离后，才同周围 质点进行动量交换。混合长度l即与此距离有关。　　快把结构工程师站点加入收藏夹吧！
du/dy——时均流速梯度。
这样

当雷诺数较小时，以粘性切应力τ_y为主，随R_e的增加，紊流附加切应力τ_t在τ中的分量逐渐增大，至雷诺数相当大时，粘性切应力甚至可以忽略不计。 紊流的流速分布，靠近固体边界处与核心区域是不同的。紧贴边界的流体质点流速为零，近边界处很薄的流层内，速度由零增至一定值，所以在此薄层内速度梯度很大，粘性切应力τ_y不容忽视。而由于壁面限制附近流体质点做横向运动，附加切应力τ_t可以忽略。这一薄层被称为粘性底层。在粘性底层内流速分布可作为直线分布。粘性底层以外是紊流核心，在紊流核心区域内由于质点相互掺混和动量交换，使断面上速度趋于平均化，分析和实验结果说明紊流过水断面上流速按对数曲线分布，一般公式为


式中 r₀为圆管半径；y为至壁面的距离。 粘性底层的厚度随R。的增大而减小，它虽然很薄，但对能量损失影响很大。