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流体力学中的流体的湍流强度流体力学是研究物质的流动和力学行为的学科，对于理解和分析流体的湍流强度具有重要意义。
湍流强度是指流体运动中湍流所占主导地位的程度，对于很多工程和自然现象都有着重要影响。
本文将介绍流体力学中的流体湍流强度的概念、计算及应用。
一、湍流强度的概念湍流是流体在运动过程中出现的一种不规则的、混乱的流动状态。
相比于层流，湍流具有较高的能量耗散和混合效应，对于传质、传热、惯性效应等都有重要影响。
湍流强度则是描述湍流的能量传递和混合的指标。
它反映了流体运动中湍流的程度和波动性。
湍流强度的计算方法多种多样，可以通过直接测量、间接计算或数值模拟等多种途径获取。
其中，常用的方法包括雷诺数法、湍流能量法和湍流涡旋法等。
这些方法根据流场特征、湍流运动的统计规律和动力学方程等不同的原理，通过测量和计算流体中的速度、压力、温度等参数，来确定湍流强度的大小。
二、湍流强度的计算与模拟1. 分析湍流边界层的涡旋结构湍流边界层是工程领域中常见的湍流流动形态，涡旋是湍流边界层中的主要流动结构。
通过分析和计算湍流边界层中涡旋的数量、大小、时间尺度以及运动特征等，可以评估湍流边界层的湍流强度。
2. 雷诺平均法雷诺平均法是湍流强度计算中常用的方法之一。
它通过将流体速度分解为平均分量和湍流分量，并对湍流分量进行平均处理，得到平均速度场。
根据雷诺分解的理论和方法，可以计算湍流动能的大小，从而得到湍流强度的估计值。
3. 数值模拟方法数值模拟方法是现代流体力学研究中常用的手段之一，它通过数值计算和模拟，可以获取流体湍流运动的具体细节和特征。
数值模拟方法可以基于不同的数值模型和算法，提取湍流的平均速度、湍流涡旋、湍流能量等信息，从而计算湍流强度。
三、湍流强度的应用湍流强度的研究在很多领域都有广泛的应用，例如空气动力学、水动力学、冶金工程、环境流体力学等。
以下列举几个典型的应用案例：1. 湍流流场的数值模拟通过计算流体湍流运动的细节和特征，可以优化流动设计，改善能量传递和混合效应，提高流体系统的运行效率。
大气湍流的结构与演化规律研究大气湍流是指大气中产生的不规则流动现象，其结构和演化规律一直是气象学和流体力学领域的研究热点之一。
湍流的形成和发展牵涉到众多因素，如地球自转、地形、气候条件等，因此，理解和研究大气湍流的结构与演化规律对于气象学的发展以及预测天气变化等方面都具有重要意义。
大气湍流的结构可以分为三个层次，即宏观结构、介观结构和微观结构。
宏观结构指的是湍流的整体形态和空间分布特征，通常由大气环流系统所主导。
例如，气旋和气团是宏观结构中常见的湍流现象，它们形成于强烈的温度、湿度和风速的对比，可以引起降水和风暴等极端天气事件。
介观结构则是宏观结构内部的小尺度湍流现象，其空间分布往往很复杂，并且与局地地形和能量输送有关。
微观结构是介观结构内部的最小尺度湍流现象，其特点是空间尺度短小、能量交换频繁。
微观结构的研究对于理解大气湍流中的动量、热量和物质传输具有重要意义。
在大气湍流的演化规律方面，研究者们提出了许多数学模型和实验方法来描述湍流的发展过程。
其中，最为著名的是雷诺（Reynolds）平均方程，该方程通过对大气运动的时间平均和空间平均，将湍流现象简化为一组守恒方程和湍流扩散方程。
这种平均方法虽然可以减少复杂性，但却不能完全准确地揭示湍流的内在机制。
近年来，随着计算机技术和数值模拟方法的进步，直接数值模拟（DNS）和大涡模拟（LES）等方法得到了广泛应用。
这些方法可以模拟湍流的微观结构和介观结构，从而提供了更为精确的湍流演化规律。
除了数学模型和实验方法，研究者们还通过观测和测量大气中的湍流现象，获取湍流结构和演化规律的信息。
例如，利用雷达和卫星观测手段，可以测量大气中的风速、温度、湿度等要素的变化，从而揭示湍流的空间分布特征。
此外，新近的激光雷达技术（Lidar）和空中无人机观测技术（UAS）等手段，也为大气湍流研究提供了新的途径。
这些观测方法的发展，有助于提高对湍流结构和演化规律的认识，并为天气预报和气候模拟等提供更为准确的数据。
iref 湍流强度【最新版】目录1.湍流强度的定义与意义2.湍流强度的测量方法3.湍流强度的影响因素4.湍流强度在实际应用中的作用5.我国在湍流强度研究方面的进展正文一、湍流强度的定义与意义湍流强度（turbulence intensity）是描述流体湍流特性的一个重要参数，它反映了流体在湍流状态下的混合程度和能量耗散情况。
湍流强度的大小直接影响着流体的传热、传质以及流动阻力等性能，因此在工程应用中具有重要的意义。
二、湍流强度的测量方法湍流强度的测量方法有多种，其中较为常见的有以下几种：1.涡旋直径法：通过测量涡旋的直径来计算湍流强度。
2.频谱分析法：通过对流体运动的频谱进行分析，得出湍流强度。
3.激光多普勒测速仪法：利用激光多普勒测速仪测量流体中涡旋的直径和速度，从而计算出湍流强度。
三、湍流强度的影响因素湍流强度的大小受多种因素影响，主要包括以下几个方面：1.流体性质：如流体的密度、粘度等。
2.流动条件：如流速、压力、温度等。
3.湍流类型：如惯性湍流、剪切湍流等。
4.流体流动的边界条件：如管道内壁的粗糙度等。
四、湍流强度在实际应用中的作用湍流强度在工程应用中有着重要的作用，主要体现在以下几个方面：1.优化流体动力过程：通过调整湍流强度，可以改善流体的混合、传热和传质性能，提高工程效率。
2.降低能耗：适当降低湍流强度，可以降低流体的流动阻力，减少能耗。
3.防止流体振动：合理控制湍流强度，可以有效防止流体在管道中的振动和噪声。
五、我国在湍流强度研究方面的进展我国在湍流强度研究方面取得了显著的成果，主要表现在以下几个方面：1.理论研究：我国学者在湍流强度的理论研究方面取得了一系列成果，为工程应用提供了理论支持。
2.实验研究：我国在湍流强度的实验研究方面也取得了显著进展，为实际工程应用提供了数据支持。
3.工程应用：我国在湍流强度的工程应用方面取得了显著成果，为各行各业提高了工程效率，降低了能耗。
总之，湍流强度作为描述流体湍流特性的重要参数，在工程应用中具有重要意义。
湍流的理论与分析湍流是一种复杂的流动形式，并且广泛存在于自然界和工程实践中。
对湍流的理论研究和分析不仅有助于深入理解流体现象，还可以为湍流控制和能源利用等方面提供支持。
本文将从湍流的定义、产生机理、湍流统计理论和湍流模拟等方面进行探讨。
一、湍流的定义湍流是指一种相对瞬态的流体运动状态，其中流体的速度和方向发生剧烈变化，造成流体的混合和扰动，呈现出随机不规则的涡动结构。
与层流（稳态流动）相比，湍流的运动特征更加复杂，无法用简单的数学公式描述。
湍流的主要特征为不规则、随机、涡动等。
二、湍流的产生机理湍流的产生机理复杂，其中包括传统的机械湍流、自然湍流、边界层失稳等多种因素。
机械湍流是由于固体物体运动时与周围介质相互作用产生的湍流现象，如风力机翼片和涡轮机叶片的湍流。
自然湍流是由于自然界中各种复杂流动引起的，如河流、海洋和大气的运动等。
边界层失稳是当涡旋从高速的流动区进入低速的流动区时产生的，例如水流从管道进入膨胀段时发生的湍流现象。
三、湍流统计理论湍流统计理论是对湍流运动规律的理论分析，是研究湍流基本性质和湍流现象的一种方法。
湍流统计理论中有两个重要的概念，一个是湍流的集成时间，另一个是湍流脉动，这两个概念分别给出了湍流时间与空间扰动中的统计特征。
其中湍流的集成时间是指机械能向湍流能转化和湍流能转化为机械能时所需的时间因子，而脉动是指在一个给定点的流动路径上，流体参数波动的相对不稳定性。
四、湍流模拟湍流模拟是一种基于数值计算的湍流研究方法，主要有两种方式：直接数值模拟（DNS）和大涡模拟（LES）。
直接数值模拟是对湍流运动的一种高精度的数值计算方法，它通过离散化流动中的微小物理尺度，运用数值方法以求解流场运动方程，得到高精度的湍流场数据。
但DNS需要的计算量庞大，计算成本高昂。
大涡模拟是在保留湍流中大尺度涡旋信息的同时，模拟和模拟所得的速度与涡旋脉动能谱于实验结果的吻合程度。
而LES所需要的计算量较之DNS低，同时保留的流场尺度也比DNS更大，能够得到更加直观的湍流现象展示。
湍流强度湍流是流体在流动过程中产生的不规则、无序的运动状态，湍流强度是描述湍流运动的一项重要指标。
在流体力学中，湍流强度通常用来表示湍流涡旋的大小和变化速度，以及湍流对流体运动产生的影响程度。
湍流强度的大小与流体的速度、粘性、密度、长度尺度等因素有关，对于许多工程和自然现象都具有重要影响。
湍流形成与特征湍流是由于流体在高速流动的过程中发生的不稳定现象，其特征表现为涡流不断产生、自发消失，并在流体中传播。
湍流的形成与发展受到多种因素的影响，如流体的粘性、密度差异、速度梯度等。
在湍流中，流体的速度和压力存在着不规则的瞬时变化，这使得湍流的运动变得复杂而难以预测。
湍流强度的表示湍流强度是描述湍流中运动规律的一个重要参数，通常用湍流能量的波动程度或者湍流涡旋的尺度等来表示。
在实际应用中，湍流强度可以通过测量流体的速度、涡旋结构和湍流能量等来进行评估。
通过湍流强度的分析，可以更准确地了解湍流对流体流动的影响，从而为相关工程和科学问题提供重要参考依据。
湍流控制及应用由于湍流对许多工程问题造成的不利影响，湍流控制成为了一项重要的研究领域。
科学家们通过改变流体的流动条件、表面结构和控制装置等手段，来减小湍流强度，提高流体流动的稳定性和效率。
湍流的控制不仅在航空航天、汽车、船舶等领域有着广泛的应用，同时也对气象、生物学和地球科学等领域具有重要影响。
结语湍流是一种普遍存在于自然界和工程实践中的流动状态，其强度和特征对流体运动的稳定性和可预测性具有重要影响。
研究湍流强度的变化规律，探索湍流控制的方法，不仅有助于提高流体动力学的研究水平，同时也为相关应用领域提供了新的解决方案。
在未来的研究中，我们需继续深入探讨湍流的本质和机理，不断拓展湍流控制的新方法，以促进科学技术的发展和人类社会的进步。
湍流现象原理湍流现象是流体力学中的一个重要现象，它普遍存在于自然界和工程实践中。
湍流现象的原理可以通过多种方法解释，其中最常见的是雷诺平均的观点。
在流体力学中，流动可以分为层流和湍流两种状态。
层流是指在流体中，流动速度和方向都保持稳定，流线呈平行排列的状态。
而湍流则是指流体中存在着不规则的速度和方向变化，流线纷乱交错的状态。
湍流现象的出现主要是由于流体流动中的不稳定性。
湍流现象的原理可以通过雷诺平均的观点来解释。
雷诺平均是一种对流体流动进行平均的方法，它认为湍流现象是由于流体中的各个微观涡旋的相互作用而产生的。
在流体中，存在着各种不同尺度的涡旋结构，它们以不同的速度和方向运动，相互之间发生相互作用和耗散。
这些涡旋的运动和相互作用导致了流体中的速度和方向的变化，形成了湍流现象。
湍流现象的发生需要满足一定的条件。
首先，流体的速度必须达到一定的临界值，称为临界雷诺数。
当流体速度低于临界雷诺数时，流动呈现层流状态；当流体速度超过临界雷诺数时，流动呈现湍流状态。
其次，湍流现象的发生还受到流体的黏性、流动的几何形状和边界条件等因素的影响。
湍流现象在许多领域都有重要的应用。
在工程实践中，湍流现象常常会对流体的传热、传质和阻力等性质产生影响。
例如，在石油工业中，湍流现象对管道输送能力的计算和油井生产的优化具有重要意义。
在天气预报中，湍流现象对大气运动的模拟和预测也具有重要影响。
为了更好地理解和控制湍流现象，科学家们进行了大量的研究和实验。
通过数值模拟和实验观测，他们揭示了湍流现象的一些基本规律，例如湍流的能量级联、湍流的统计性质和湍流的尺度结构等。
这些研究成果为湍流现象的理论和应用提供了重要的依据。
湍流现象是流体力学中的一个普遍现象，它的原理可以通过雷诺平均的观点来解释。
湍流现象的发生受到多种因素的影响，它在自然界和工程实践中具有重要的应用价值。
通过对湍流现象的研究，科学家们不断深化对流体流动的理解，为湍流现象的控制和应用提供了重要的支持。
湍流流动的特性与研究方法引言湍流是一种自然界中普遍存在的现象，它在空气、水流、液体等流体运动中都有重要的影响。
湍流流动特性的研究，对于相关领域的科学研究和工程应用具有重要意义。
本文将探讨湍流流动的特性与研究方法，对湍流流动的机理、特点以及常用的研究方法进行介绍。
湍流流动的机理湍流流动是指流体中的速度场和压力场呈现出不规则、不稳定的状态。
相比于层流流动，湍流流动具有以下几个特点：1.速度场的不规则性：湍流流动中，流体速度的分布具有随机性，无法通过简单的数学公式进行描述。
2.宏观不稳定性：湍流流动的速度和压力场呈现出随时间和空间的变化，可以观察到各种涡旋、涡流等不规则结构。
3.能量级联：湍流流动中，能量以级联的方式传递，从大尺度到小尺度逐渐减小，形成了能量级层次的结构。
4.高度非线性：湍流流动是非线性系统，流体力学方程的解不能通过简单的线性叠加得到。
湍流流动的机理涉及多个因素的相互作用，主要包括不稳定性、非线性以及湍流能量传递等。
湍流流动的特性湍流流动具有以下几个典型特性：1.涡结构：湍流中形成的涡旋和涡流是湍流流动的典型结构，具有不规则性和复杂性。
2.涡动能：湍流中的涡旋和涡流带有一定量的动能，对流体的运动和传热具有重要影响。
3.湍流能量谱：湍流中的能量以谱的形式呈现，能量谱描述了湍流在不同尺度上的分布和转换。
4.物质混合和传输：湍流流动在流体中引起物质的混合和传输，对于生物、环境等领域具有重要意义。
湍流流动的特性决定了湍流在自然界和工程应用中的重要性和复杂性。
湍流流动的研究方法湍流流动的研究方法主要包括实验研究和数值模拟两种方式。
实验研究是通过设计实验装置，采用测量设备对湍流流动进行观测和分析。
常用的实验手段包括激波管、水洞、风洞等。
通过实验可以获取湍流流动的参数和特性，探究湍流流动的机理和规律。
实验研究需要精密的测量设备和稳定的实验条件，对实验者技术要求较高。
数值模拟是利用计算机进行湍流流动的数值计算和模拟。
流体力学中的流体中的湍流发展流体力学是研究流体运动和力学性质的学科，而湍流是流体力学中非常重要的一个问题。
湍流是指流体在运动过程中发生的不规则、混乱的流动现象，它具有高度非线性和复杂性。
湍流现象广泛存在于自然界和工程领域中，深入研究湍流的发展机理对于解决众多工程和科学问题具有重要意义。
一、湍流发展的背景和定义湍流发展是一个动态的过程，在流体中，当流动速度达到一定的临界速度时，流动开始从层流转变为湍流。
湍流的主要特点是流速的无规则变动、涡旋的形成和消失，以及流体各个位置处流速的统计分布和涡旋结构的多样性。
在湍流中，流动参数的波动幅度和时间尺度发生了明显的增加，产生了诸多流体力学特性的变化。
二、湍流发展的因素及机制湍流发展的过程受到多个因素的影响，包括流体的物理性质、流动的边界条件、流动的几何形状等。
其中，流体的物理性质对湍流的发展起着重要的作用。
一般来说，流体的粘度较大，则流动容易形成层流；流体的粘度较小，则更容易形成湍流。
当流体的粘度较小时，流动的各个位置产生的湍流涡旋不断相互作用，从而形成湍流结构。
湍流发展的机制非常复杂，在不同的流动条件下，湍流的发展过程也不尽相同。
主要的湍流机制包括剪切产生的湍流、离散事件产生的湍流、不稳定性产生的湍流等。
剪切湍流是指由于速度梯度形成的流体粘度差异所引起的湍流现象，这种湍流可以通过流体的剪切应力进行维持。
离散事件湍流是指流体在非连续过程中产生湍流，这种湍流主要与湍流涡旋的相互作用有关。
不稳定性湍流是指由于速度场不稳定引起的湍流，这种湍流常常出现在边界层和射流中。
三、湍流发展的数学模型和实验研究为了更好地理解湍流的发展机理，研究人员开展了大量的数学模型和实验研究。
数学模型是通过对湍流方程的求解，描述湍流现象的数学关系。
通过数学模型可以模拟和预测湍流在复杂流动中的变化过程。
实验研究是通过实际装置和实验手段对湍流进行观测和测量，获取湍流相关的基本数据和性质。
目前，湍流的数学模型和实验研究已经取得了一定的成果。
探讨湍流强度定理和湍流发展的宏观机制【摘要】随着经济的快速增长，人们对于湍流这方面的知识也在不断的进步中,但是对于湍流这方面所产生的科学现象还是没有更加完善的解释的，所以,本文就从探讨湍流强度定理和湍流发展的宏观机制这方面来研究。
【关键词】湍流强度定理；湍流发展；宏观机制一、前言当今社会中,在对于湍流这方面的认识是证明科学在不断进步的依据，湍流这个科学名词出现以来，解释了很多以前解释不了的科学现象，湍流发展在宏观机制下有很大的提高，相信随着科学家在这方面的努力，湍流这项技术还会有很大的进步的。
二、风电机组机位湍流强度计算方法及其所适用的风电场1、环境湍流空气中湍流是指风速、风向及其垂直分量的迅速扰动或不规律性。
湍流产生的原因主要是，由于地形差异（例如山峰），当空气流动时与地表的―摩擦‖以及由于空气密度差异和气温变化的热效应。
湍流强度是脉动风速（瞬时风速与平均风速的差）的均方差σ与平均风速v的比值：根据最新IEC标准，当IT>0.18时，表明湍流处于较高水平；当IT<0.14时，湍流处于较低水平。
由于在此计算中完全采用测风塔数据计算风电场湍流强度，而没有考虑风电机组之间的影响，甚至也不考虑风电机组所处地形条件影响，因此在风电场评估中这里的IT叫做环境湍流。
一个风电场，通常由几台、几十台甚至上百台风电机组组成，通过风电场微观选址，所有机位被固定下来。
然后根据风况条件，通常要对这些机位进行安全性分析，包括极大风速、湍流等，这些指标通常为风电机组生产厂家所重视。
因此，不考虑机组之间的影响，以环境湍流的大小来说明风电机组机位湍流实际上只适用于个别情况。
在一些地形平坦、风向单一的风电场内，风电机组呈单排分布，并且近似垂直主风向，如图1、图2所示，此时环境湍流一定程度上反映风电机组机位湍流强度的大小。
图1为中国东南沿海某风电场风向风能玫瑰，该风电场可近似归类于上述情况。
图１中国东南沿海某风电场风向风能玫瑰图2风向及风电机组布置示意图2、厂商对风电机组机位湍流强度的计算方法风电机组生产厂商出于对机组的安全性考虑，通常要对机位湍流强度进行复核计算，作为是否适合此类风电机组的依据。
这里介绍某大型风电机组制造商关于湍流强度的计算方法。
根据IEC61400-1（ED3），最小机组间距大于10D，机位有效湍流强度如下所示：为环境湍流标准偏差。
最小机组间距小于10D，机位有效湍流强度如下所示：其中为轮毂高度湍流标准偏差；di为机组间距；c为常数；Ieff为有效湍流强度；n为计算范围内相邻风电机组台数；m为SN-curve曲线指数；Pw为风速在某一风向的概率密度函数。
计算软件根据风电机组平面位置坐标（不包括海拔高程信息），可以计算得到风电机组相对位置排布和间距；由10min平均风速和标准偏差可以计算得到风电场的环境湍流强度；由tab文件及风电机组的CT曲线根据上述原理最终可计算出机位的有效湍流强度。
图3、图4为计算输出的湍流结果。
从输入条件来看，通常跟计算风电机组位有效湍流有关的地形及地表粗糙度文件、风电机组的相对位置高度信息没有输入到湍流计算当中，因此在地形平坦、地表情况不复杂的地区较为实用。
而对于复杂的山区风场而言，10倍叶轮直径距离可能超过500m~800m，风电机组落差及地形、地表情况将影响到风电机组位湍流大小。
图3环境湍流与IEC标准比较曲线图4各机位有效湍流与IEC标准比较曲线三、理论基础湍流对风电机组性能和寿命有直接影响，因此湍流强度是风电场选址的重要指标之一。
当湍流强度大时，会减少输出功率，增加风电机组的疲劳载荷，还可能引起极端荷载，最终造成风电机组损坏。
1、湍流强度IEC61400－1风电机组安全等级标准引出了风场湍流强度这一重要参数。
湍流强度是描述风速随时间和空间变化的程度，反映脉动风速的相对强度，是描述大气湍流运动特性的最重要的特征量。
湍流强度定义为脉动风速均方根值与平均风速之比，即：式中：u，v，w——分别为纵向、横向和竖向3个正交方向上的瞬时风速分量；u′，v′，w′——分别为对应的3个正交方向上的脉动风速分量；V——风速。
3个正交方向上的瞬时风速分量的湍流强度分别定义为：湍流强度与离地高度和地表面粗糙度有关，也受地貌特征的影响，如高地、山脉以及位于上风向的树和建筑物等。
2、风模型IEC61400-1标准给出了正常湍流模型，其纵向风速分量标准偏差为：式中：I15——风速为15m/s时计算的湍流强度特征值；a——斜度系数；Vhub——轮毂高度风速。
与标准偏差σ1相关的风模型有：极端运行阵风模型（EOG）、极端风向变化模型（EDC）、极端风速廓线模型（EWS）和湍流风模型（NTM）。
（1）极端运行阵风模型（EOG）标准等级的风电机组轮毂高度处的重现周期为N年的极限阵风风速幅值VgustN为：式中：D——风轮直径（m）；β=4.8（N=1时），β=6.4(N=50时)；——紊流度参数（m）。
式中：zhub——轮毂高度（m）。
此时，极端运行阵风风速为：式中：T——阵风持续时间，T=10.5s（N=1时），T=14.0s（N=50时）。
（2）极端风向变化模型（EDC）重现期为N年时，极端风向的变化幅值θeN在180°范围内，可表示为：这时，极端风向的瞬态变化θN可表示为：式中：T——阵风持续时间，为6.0s。
（3）极端风速廓线模型（EWS）瞬时垂直风切变和瞬时水平风切变的重现周期为50年的极端风公式为：式中：α=0.2；β=6.4；T=12s；y——水平方向长度，z——垂直方向高度。
（4）湍流风模型（NTM）IEC61400-1标准给出纵向的湍流强度为：3、等效疲劳载荷风电机组的寿命主要是受疲劳载荷影响，等效疲劳载荷作为恒频正弦载荷的振幅，它代表与原始载荷历程一样的疲劳损伤。
等效疲劳载荷Sequ计算式：式中：Si——第i级应力范围；ni——第i级应力范围内循环的次数；m——S-N 曲线的斜率；Ts——原始时间关系曲线上的持续时间。
四、湍流强度定理的证明及湍流发展的宏观原因非平衡态热力学的一个基本观点是,一个热力学系统不可逆输送过程的输送通量是不可逆过程发展速率,并定义其为广义流,驱动不可逆过程的原因为广义力。
若广义流是广义力的连续可微函数,则广义流可对广义力做Taylor级数展开,忽略高阶级数项就得到广义流与广义力的线性唯象关系。
流体剪切驱动的湍流黏性输送就是一种不可逆过程。
湍流黏性应力包括速度协方差两部分,是不可逆过程的广义流。
其中速度方差是湍流强度;速度协方差是动量湍流输送通量。
驱动湍流黏性输送的广义力Xmjj是流体速度场和温度场的梯度(剪切效应),即式中驱动湍流黏性输送的广义力Xmjj是二阶张量,i和j是张量下标,而m是一个表示动量湍流输送广义力的标识符,Ui为风速,T为温度。
因为热通量、水汽通量和气流都是矢量,水汽比湿是标量,而湍流黏性应力是二阶张量,根据Curier-Prigogine线性热力学原理,二阶张量与矢量或标量间不发生交叉耦合,所以湍流黏性动量输送过程与热量输送过程、水汽输送过程及水的相变过程不发生交叉耦合,则动量输送过程的广义流与广义力之间线性唯象关系为其中Lijkl是湍流黏性输送的线性唯象系数。
湍流黏性动量输送通量τij,即湍流黏性应力,和广义力Xmjj都是具有9个张量元素的二阶张量,所以线性唯象系数Lijkl是有81个分量的四阶张量,张量下标为i,j,k,l(i,j,k,l=1,2,3)。
如果假定湍流黏性应力在各个方向上是相互独立的,且各方向间无交叉耦合效应,则唯象系数Lijkl就可以收缩为二阶张量LIj，线性唯象关系变为式中ρ是空气密度,并定义湍流黏性系数为Kij,Kij=Lij/(ρT),且ijjiτ=τ,Kij=Kji,Lij在非平衡态热力学中被称为唯象系数(phenomenologicalcoefficient),所以湍流黏性系数是唯象系数的线性函数。
这里假定湍流黏性应力是对称二阶张量。
湍流黏性应力是流体速度场和温度场的剪切效应共同作用的结果。
下面具体分析湍流黏性应力中动量湍流输送通量和湍流强度与流体速度场和温度场剪切的关系,为此将二阶张量关系式展开成矩阵形式:其中U,V,W分别为x,y,z方向上速度三分量。
湍流脉动导致动量湍流输送,考虑湍流黏性应力张量的对称性,那么各方向上动量湍流输送通量分别为其中令(Kxy=K12=K21,Kxz=K13=K31,Kyz=K23=K32),且令风向指向x轴。
Kxy和Kxz是湍流输送系数。
由矩阵的对角线得到各方向上湍流强度分别为其中Kii是湍流强度唯象系数。
非平衡态线性热力学导出的水平方向和垂直方向动量湍流输送通量公式,可以称之为动量湍流输送定理。
是非平衡态线性热力学导出的一个有关湍流强度的重要定理,它揭示了湍流强度同流体速度场和温度场剪切的关系,可以称之为湍流强度定理。
湍流的宏观特征主要是流场的脉动特征及流场脉动对物质和能量的输运效应。
五、结束语综上所述，就探讨湍流强度定理和湍流发展的宏观机制这方面而言，我们不仅对于湍流强度定理这方面有所了解了，还对于湍流发展的宏观机制这方面也得到了很大的了解，所以，在未来的日子中，希望科学人员在这方面继续做出努力，是社会有更大的进步。
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