1、二、湍流描述的基本方法在工程的流体流动现象大多是湍流流动，其特点是流体内部充满了可以目测的旋涡，这些漩涡除了在主体流动方向上随流体运动外，还在各个方向上做无规则的随机运动，流体在运动中相互掺混极不规则。这些不规则的运动导致对湍流的研究大大的复杂于层流，到目前为止，由于对湍流的机理和本质还不清楚，还没有一套完整的描述湍流运动的理论，只能用一些半经验半理论的结果。湍流的主要特征是随机性、有旋性、三维性、扩散性和耗散性。对湍流的大量理论和实验研究证明，虽然湍流是一种无规则的流动状态，湍流中的各种量呈现随着时间和空间的随机变化，但在足够长的时间内，这些量的统计平均值的变化是有规则的，也就是湍流运动服从
2、数学统计规律，可以通过统计的方法来研究。雷诺用平均值和脉动值之和来代替瞬间值，推出了具有实际意义的以时均值作为控制变量的雷诺方程。1）湍流处理方法时均值随机的脉动，如以严格的处理方式是很难解决的，因为它是一种不确定的变化过程。对 随机的脉动，数学的处理方法有两种。一种为空间平均法；另一种为时间平均法。空间平均法是指物理量随空间变化，是随机的，而时间平均法主要是为物理量具有脉动性而提出的。由于湍流的最显着的特性为脉动，因此，着重讨论时间平均法。流速随时间变化是无规则的，无法用简单的数学规律描述。但从变化规律中同时可以看出，流速值是围绕某一平均值上下波动的。式中： 为瞬间值， 为时均值， 为脉动值
3、。3）雷诺方程根据上述的规则，我们对直角坐标系下不可压缩稳态流动时的连续性方程与动量方程两边求平均值，可得：即连续性方程的形式不变，N S 方程在 x 方向上分量形式求雷诺平均值后可转化为：这样的方程称为雷诺方程。最后一项表明湍流脉动时时均值的影响，通常成为雷诺应力，它是区别层流和湍流的关键。三、物理模拟的基本方法物理模拟是以模型和原型之间的物理相似或几何相似为基础的一种模拟方法。 在遵守某些相似条件下，用水模型可以解决以下三方面的问题：1)模拟结果可以定性地转换为实际应用；2)模拟结果还可以定量地转化为实际应用；3) 不需要模拟现象的实际转化。把模拟系统转换为实际系统，就必须保持两个系统能满
4、足一定的相似性。 这些相似性是：(1)几何相似：模型和原型中各对应长度之比为一常数，该常数称为比例因子。(2)时间相似：模型和原型中各对应的时间间隔成一定比例，该比例为一常数。(3)运动相似：模型和原型中运动状况相似，也就是两个几何相似的系统中各对应点速度方向一致，大小成一定比例。 (4)动力相似：模型和原型中各对应位置力的方向一致，大小成一定比例。(5)热相似：模型和原型中各对应处由各种传热方式引起的传热速率成一定比例，如果再加上几何相似和运动相似，则模型和原型中的温度场就相似。 (6)化学相似：模型和原型中各对应点及相应时间内发生的相应的化学反应速率成一定比例。 系统的几何相似对液体流动状
5、态有着明显的影响，是进行流动的物理模拟最基本条件之一。 在研究非稳定态流动时，要考虑模型和原型在时间上的相似性，而对稳定流动，则不存在此问题。热相似对自然流动很重要，但一般由注流引起的强制流动，模拟时很少考虑热相似。 如果化学反应对流动无显著影响，则可不考虑化学相似。 当两个系统几何相似和动力学相似时，其运动学相似能得到满足。 动力学相似也就是系统内力的相似。在进行流动模拟研究时，动力学相似和几何相似是两个最基本的条件。流体运动时受到了惯性力、重力、粘性力和表面张力的作用，包含这些力的主要相似准数有：（1）雷诺准数（Reynodls）Re 大小表示流动特性。Re 小相当于层流，粘性力占统治地位；Re 大相当于紊流，惯性力占统治地位。（2）弗劳得准数（Froude）Fr 大小判断流动特性。Fr1 是湍流。（3）韦伯准数（Weber）这三个准数考虑了重力、惯性力、粘性力和表面张力的作用。在单一模型中完全保持模型和实物系统中的 Re、Fr、We 相等是难以实现的，应视不同情况，考虑占通知地位力的作用。
