作业帮谁能解释一下湍流现象
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：物理作业 时间：2024/07/05 21:00:11
谁能解释一下湍流现象
流体流动时,如果流体质点的轨迹是有规则的光滑曲线,这种流动叫层流.没有这种性质的流动叫湍流.1959年J.欣策曾对湍流下过这样的定义：湍流是流体的不规则运动,流场中各种量随时间和空间坐标发生紊乱的变化,然而从统计意义上说,可以得到它们的准确的平均值.
在直径为d 的直管中,若流体的平均流速为v,由流体运动粘度v组成的雷诺数 有一个临界值（大约为2300～2800）Recr,若ReRecr,层流就不可能存在了,一旦有小扰动,扰动会增长而转变成湍流.O.雷诺在1883年用玻璃管做试验,区别出发生层流或湍流的条件.把试验的流体染色,可以看到染上颜色的质点在层流时都走直线.当雷诺数超过临界值Recr时,可以看到质点有随机性的混合,在对时间和空间来说都有脉动时,就是湍流.不用统计、概率论的方法引进某种量的平均值就难于描述这一流动.除直管中湍流外还有多种多样各具特点的湍流,虽经大量实验和理论研究,但至今对湍流尚未建立起一套统一而完整的理论.
大多数学者认为应该从纳维－斯托克斯方程出发研究湍流.湍流对很多重大科技问题极为重要,因此,近几十年所采取的做法是针对具体一类现象建立适合它特点的具体的力学模型.例如,只适用于附体流的湍流模型；只适用于简单脱体然后又附体的流动；只适用于翼剖面尾迹的或者只适用于激波和边界层相互作用的湍流模型等等.湍流这个困难而又基本的问题,近年来日益受到了物理学界的重视.
研究湍流的起因和特性的理论,包括两类基本问题：①湍流的起因,即平滑的层流如何过渡到湍流；②充分发展的湍流的特性.
层流过渡为湍流的主要原因是不稳定性.在多数情况下,剪切流中的扰动会逐渐增长,使流动失去稳定性而形成湍流斑,扰动继续增强,最后导致湍流.这一类湍流称为剪切湍流.两平板间的流体受下板面加热或由上板面冷却达到一定程度,也会形成流态失稳,猝发许多小尺度的对流；上下板间的温差继续加大,就会形成充分发展的湍流.这一类湍流称热湍流或对流湍流.边界层、射流以及管道中的湍流属于前一类；夏天地球大气受下垫面加热后产生的流动属于后一类.
为了弄清湍流过渡的机制,科学家们开展了关于流动稳定性理论、分岔(bifurcation)理论和混沌(chaos)理论的研究,还进行了大量实验研究.
对于从下加热流层而向湍流过渡的问题,原来倾向于下述观点：随着流层温差的逐渐增加,在发生第一不稳定后,出现分岔流态；继而发生第二不稳定,流态进一步分岔；然后第三、第四以及许多更高程度的不稳定接连发生；这种复杂的流动称为湍流.实验结果支持这一论点.但是,这一运动过程在理论上得不出带有连续谱的无序运动,而与实验中观察到的连续谱相违.最近,对不稳定系统的理论分析提出了另一种观点：在发生第一、第二不稳定之后,第三不稳定就直接导致一个可解释为湍流的无序运动.这一观点也得到实验的支持.
剪切流中湍流的发生情况更为复杂.实验发现,平滑剪切流向湍流过渡常会伴有突然发生的、作奇特波状运动的湍流斑或称过渡斑.可以设想,许多逐渐形成的过渡斑,由于一再出现的新的突然扰动而互相作用和衰减,使混乱得以维持.把过渡斑作为一种孤立的非线性波动现象来研究,有可能对湍流过渡现象取得较深刻的理解.因此,存在着不止一条通向湍流的途径.
过去认为,一个机械系统发生无序行为往往是外部干扰或外部噪声影响的结果.然而,最近观察到:在某个系统里进行确定的基本操作会导致混乱的重复发生.这类系统可认为含有一个能吸引系统维持混乱的奇怪吸引子.这种混乱现象称为短暂混沌.预期对这种短暂混沌的可普遍化特性的研究将会得到说明完全发展的无序现象（湍流）的新线索.
在直径为d 的直管中,若流体的平均流速为v,由流体运动粘度v组成的雷诺数 有一个临界值（大约为2300～2800）Recr,若ReRecr,层流就不可能存在了,一旦有小扰动,扰动会增长而转变成湍流.O.雷诺在1883年用玻璃管做试验,区别出发生层流或湍流的条件.把试验的流体染色,可以看到染上颜色的质点在层流时都走直线.当雷诺数超过临界值Recr时,可以看到质点有随机性的混合,在对时间和空间来说都有脉动时,就是湍流.不用统计、概率论的方法引进某种量的平均值就难于描述这一流动.除直管中湍流外还有多种多样各具特点的湍流,虽经大量实验和理论研究,但至今对湍流尚未建立起一套统一而完整的理论.
大多数学者认为应该从纳维－斯托克斯方程出发研究湍流.湍流对很多重大科技问题极为重要,因此,近几十年所采取的做法是针对具体一类现象建立适合它特点的具体的力学模型.例如,只适用于附体流的湍流模型；只适用于简单脱体然后又附体的流动；只适用于翼剖面尾迹的或者只适用于激波和边界层相互作用的湍流模型等等.湍流这个困难而又基本的问题,近年来日益受到了物理学界的重视.
研究湍流的起因和特性的理论,包括两类基本问题：①湍流的起因,即平滑的层流如何过渡到湍流；②充分发展的湍流的特性.
层流过渡为湍流的主要原因是不稳定性.在多数情况下,剪切流中的扰动会逐渐增长,使流动失去稳定性而形成湍流斑,扰动继续增强,最后导致湍流.这一类湍流称为剪切湍流.两平板间的流体受下板面加热或由上板面冷却达到一定程度,也会形成流态失稳,猝发许多小尺度的对流；上下板间的温差继续加大,就会形成充分发展的湍流.这一类湍流称热湍流或对流湍流.边界层、射流以及管道中的湍流属于前一类；夏天地球大气受下垫面加热后产生的流动属于后一类.
为了弄清湍流过渡的机制,科学家们开展了关于流动稳定性理论、分岔(bifurcation)理论和混沌(chaos)理论的研究,还进行了大量实验研究.
对于从下加热流层而向湍流过渡的问题,原来倾向于下述观点：随着流层温差的逐渐增加,在发生第一不稳定后,出现分岔流态；继而发生第二不稳定,流态进一步分岔；然后第三、第四以及许多更高程度的不稳定接连发生；这种复杂的流动称为湍流.实验结果支持这一论点.但是,这一运动过程在理论上得不出带有连续谱的无序运动,而与实验中观察到的连续谱相违.最近,对不稳定系统的理论分析提出了另一种观点：在发生第一、第二不稳定之后,第三不稳定就直接导致一个可解释为湍流的无序运动.这一观点也得到实验的支持.
剪切流中湍流的发生情况更为复杂.实验发现,平滑剪切流向湍流过渡常会伴有突然发生的、作奇特波状运动的湍流斑或称过渡斑.可以设想,许多逐渐形成的过渡斑,由于一再出现的新的突然扰动而互相作用和衰减,使混乱得以维持.把过渡斑作为一种孤立的非线性波动现象来研究,有可能对湍流过渡现象取得较深刻的理解.因此,存在着不止一条通向湍流的途径.
过去认为,一个机械系统发生无序行为往往是外部干扰或外部噪声影响的结果.然而,最近观察到:在某个系统里进行确定的基本操作会导致混乱的重复发生.这类系统可认为含有一个能吸引系统维持混乱的奇怪吸引子.这种混乱现象称为短暂混沌.预期对这种短暂混沌的可普遍化特性的研究将会得到说明完全发展的无序现象（湍流）的新线索.