A. 湍流模型的三種方法
1、平均N-S方程的求解。
2、大渦模擬(LES)。
3、直接數值模擬(DNS)。
但是由於葉輪機械內部結構的復雜性以及計算機運算速度較慢,大渦模擬和直接數值模擬還很少用於葉輪機械內部湍流場的計算,更多的是通過求解平均N-S方程來進行數值模擬。因為平均N-S方程的不封閉性,人們引入了湍流模型來封閉方程組,所以模擬結果的好壞很大程度上取決於湍流模型的准確度。自70年代以來,湍流模型的研究發展迅速,建立了一系列的零方程、一方程、兩方程模型和二階矩模型,已經能夠十分成功的模擬邊界層和剪切層流動。但是,對於復雜的工業流動,比如航空發動機中的壓氣機動靜葉相互干擾問題,大麴率繞流,激波與邊界層相互干擾,流動分離,高速旋轉以及其他一些原因,常常會改變湍流的結構,使那些能夠預測簡單流動的湍流模型失效,所以完善現有湍流模型和尋找新的湍流模型在實際工作中顯得尤為重要。
B. 湍流是如何產生的
湍流是流體的一種流動狀態。當流速很小時,流體分層流動,互不混合,稱為層流,也稱為穩流或片流;逐漸增加流速,流體的流線開始出現波浪狀的擺動,擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加,此種流況稱為過渡流;當流速增加到很大時,流線不再清楚可辨,流場中有許多小漩渦,層流被破壞,相鄰流層間不但有滑動,還有混合。這時的流體作不規則運動,有垂直於流管軸線方向的分速度產生,這種運動稱為湍流,又稱為亂流、擾流或紊流。湍流是一種非常復雜的三維非穩態、帶旋轉的不規則流動。它由於粘性力引起的,你也可以把湍流理解為各種不同的漩渦的疊加。雷諾數是表徵慣性力與粘性力的比值,也是判斷層流與湍流的一個重要依據。雷諾數很小時(<2300)粘性力起主導作用,此時流態為層流;當雷諾數很大的時候,此時慣性力佔主導作用,此時流態為湍流。目前在數值模擬預測湍流流動的時候,主要有三種方法:直接模擬(DNS); 要精確模擬空間結構復雜,時間劇烈變化的湍流,需要的計算步長非常小,網格節點非常多,基本只有擁有超級計算機的研究中心才能進行;
大渦模擬(LES);用NS方程來模擬大尺度渦旋,而忽略小尺度渦旋。這種方法需要的計算機資源雖然也很多,但是比DNS小得多;應用Reynolds時均方程模擬;這個是目前工程應用中最廣泛的方法。工程應用中,根據不同的情況常用的模型有 零方程模型,一方程模型,兩方程模型等,其中,我覺得k-ε模型應該是最常用的了。
C. 紊流的經驗理論
最早的半經驗理論是J.V.布森涅斯克於1877年提出來的紊動粘滯系數概念及渦粘滯模型理論。1925年,L.普朗特提出了混合長度理論。他認為紊動質團要運行一定距離後才和周圍流體摻混並失去原有的特徵,在這段距離內,質團保持其原有特徵。他稱這段距離為混合長度l。假設:
(2)式中,U』為脈動流速;u為時均流速;腳標i、j表示互相垂直的兩個方向,因此(3)假定在自由紊流中,l在橫斷面上是個常數並與所論斷面的混合長度成正比。在壁面紊流中,l=kxj,此處xj為距壁面的法向距離,k稱為卡門常數,當k≈0.4時,理論結果與實測資料吻合較好。1915年G.I.泰勒提出了渦旋傳遞理論,其要點是把渦量作為一個可以傳遞的星,在脈動流速的作用下,具有渦量的流體質團要運行一定距離後,其渦量才發生變化,而在這段距離lw之內渦量為常數;他所得到的雷諾應力表示式為(4)一般情況下,lw= KnXj,實測表明可取k≈0.2。
1930年,T.von卡門提出了紊動局部相似假說,他假定:除緊靠壁面區域外,紊動的機理和流體的粘性無關,在統計意義上,脈動流速場各點附近的局部范圍內是彼此相似的,相互間只有長度和時間的尺度不同。由這兩點出發,他得出混合長紊流的統計理論除可由納維-斯托克斯方程出發研究紊流以外,還可以用處理隨機現象的統計方法來研究紊流。G.I.泰勒最早應用此法,他於1921年提出了同一空間點不同時刻脈動流速的相關概念,並稱其為拉格朗日相關或自相關。1935年他又提出了同一時刻不同空間點脈動流速相關的概念,也稱為歐拉相關或互相關。這兩個相關系數分別表示如下:自相關系數式中,i、j可以為同一點的兩個不同方向,也可以是不同點的兩個不同方向或相同方向。除了上述脈動流速間的二階相關以外,還有脈動流速與脈動壓強間的相關和脈動流速的三階相關等。對紊流脈動量間進行相關分析,建立以相關張量表示的運動微分方程後求解,這種途徑只限於對均勻各向同性紊流的研究中,取得了一定成果。脈動量的概率分布也是紊流運動的一個特性。在均勻紊流里,脈動流速的概率分布接近於正態分布;但在剪切紊流里,則其概率分布常常不是正態分布,越靠近進壁或越靠近自由紊流的邊緣,越偏離正態分布。為了更准確地表示出脈動量概率分布特性,有時還需研究脈動量的三階矩(偏斜度)和四階矩(峰態參數)。在統計理論中,另一個重要的組成部分是能譜分析。自60年代起,由於流動顯示與量測技術的進步,人們發現可把紊流看作是由許多尺度大小不同的渦旋組成的流動。大渦從時均流動中取得能量,逐級向小渦傳遞,最後通過粘性作用而耗散。大小不同的渦旋引起不同頻率(域波數)的脈動,所以,可按頻率(或波數)將紊流中的脈動能量分解,而求得各種頻率(或波數)的渦所具有的脈動能量的分布,稱其為頻譜(或波譜)或稱為紊流能譜。脈動流速(t)的-維能譜密度Ei(n)可表示為(7)在此式中,n為每單位時間內脈動的次數,稱頻率;RE(t)為自相關系數。一維能譜易於出現混淆現象,故有時採用三維能譜。以波數k為變數的能譜曲線如圖所示。
D. 確定紊流沿程水頭損失通常用什麼方法
測斷面平均流速,因為,沿程水頭損失h1與斷面平均流速V之間的關系:
h1=KV∧m(即k與V的m次方的乘積)在紊流時,m=1.75~2.0,所以沿程水頭損失與流速的1.75~2.0次方成正比!
E. 流通力學中湍流研究的基本方法有那些
湍流問題是流體力學中最為神秘又最為引人入勝的問題
也是牛頓經典力學體系內至今仍然沒有解決的唯一問題
湍流會產生出不可思議的結構 至今無法用方程完美表述
研究湍流的基本方法:1理論分析 2數值分析 3實驗模擬
F. 研究層流和紊流的實際意義是什麼
比如:層流和紊流在管道的水頭損失計算是不一樣的。
G. 紊流有哪些應用
;電子計算機的應用也使量測數據處理簡易化,從而對紊流的起源、紊流的內部結構有了深入的認識。對壁面紊流的起源提出了猝發現象的圖形。但就實用觀點來說,至今還沒有一個較為成熟的紊流理論,許多基本技術問題還不能完滿地用紊流理論來解決,主要還是利用半經驗公式。
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H. 層流與紊流的判別方法
通過計算流體的雷諾數進行判斷,有關雷諾數請參考網路
在工程領域,一般認為雷諾數小於2000的流體為層流,雷諾數大於4000的流體為紊流。
介於中間的流體認定為從層流到紊流的轉換階段。
實際應用中,層流的雷諾數上限設定為2300。
I. 流通力學中湍流研究的基本方法有那些
計算機繪圖
施工
計算結構
最好還能編制預算
在結構力學里比較難
也是分方向的
如果你以後搞道路方面的
影響線是重點
如果你搞橋梁
還要學空氣動力學
而且結構分析很抽象
沒有什麼好方法
多做題
J. 紊流的實驗研究
主要內容是觀察紊流現象和測定各種紊流參數。觀察現象通常所用的手段有紋影法、干涉法、染色法、氫泡法等。激光干涉法及全息攝影技術也得到了廣泛的使用。至於數據處理方面,可用實時頻譜儀,x-y坐標儀等,在量測的同時給出有關紊流的頻譜、相關函數、概率密度等數據。