
【化】 homogeneous turbulence
equality
【电】 uniformity
【化】 turbulence; turbulent flow
中文术语:均匀紊流
英文翻译:Homogeneous Turbulence
定义:指流体运动中紊流(湍流)的统计特性在空间各点均保持一致的流动状态。其速度、压力等物理量的统计平均值在空间上均匀分布,不随位置变化,但瞬时值仍存在随机脉动。
统计均匀性
紊流的时均速度、湍动能、雷诺应力等统计量在整个流场中恒定,不受空间位置影响。例如,在风洞实验中满足特定边界条件时,可近似实现均匀紊流。
各向同性与各向异性
数学表达
通过雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)描述,其湍动能输运方程为:
$$ frac{partial k}{partial t} + overline{U_j} frac{partial k}{partial x_j} = mathcal{P} - varepsilon + frac{partial}{partial x_j} left[ left( frac{ u_t}{sigma_k} right) frac{partial k}{partial x_j} right]
$$
其中 (k) 为湍动能,(mathcal{P}) 为产生项,(varepsilon) 为耗散率(来源:Pope, Turbulent Flows)。
Tennekes, H. & Lumley, J. L. (1972). A First Course in Turbulence. MIT Press. (定义统计均匀性)
Pope, S. B. (2000). Turbulent Flows. Cambridge University Press. (RANS方程推导)
Mathieu, J. & Scott, J. (2000). An Introduction to Turbulent Flow. Cambridge University Press. (风洞实验案例)
注:因未搜索到可直接引用的网页链接,参考文献仅标注经典学术著作。实际应用中建议通过学术数据库(如Google Scholar)检索具体章节内容。
均匀紊流是流体力学中结合了“均匀流”与“紊流”特性的流动状态,需从以下两方面综合理解:
均匀流
指流动要素(如流速、压强)沿流程不发生变化,流线为平行直线,过水断面上的流速分布相同。例如直径不变的直线管道中的水流。
紊流
流体质点运动轨迹混乱无序,存在涡体混掺现象,流速、压强等参数具有时空随机性。当雷诺数超过临界值(如管道流动中Re>4000)时,层流会转变为紊流。
均匀紊流属于紊流的一种特殊类型,其核心特征是统计意义上的均匀性:
特征 | 普通紊流 | 均匀紊流 |
---|---|---|
流速分布 | 时均流速可能随空间变化 | 时均流速在空间上均匀 |
能量耗散 | 粘性耗能+紊动耗能 | 以紊动耗能为主 |
典型场景 | 弯曲河道、变径管道 | 长直管道、风洞试验段 |
均匀紊流并非字面意义的“均匀”,而是紊流在特定条件下(如恒定边界、充分发展段)表现出的统计均匀性。这种模型简化了实际工程中复杂紊流的分析。
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