注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師輔導(dǎo)：紊流運(yùn)動(dòng)的特征

　　三、紊流運(yùn)動(dòng)的特征

　　紊流中，流體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中不斷互相混雜，使各點(diǎn)的流速、壓強(qiáng)等運(yùn)動(dòng)要素都隨時(shí)間作無(wú)規(guī)則的變化，這種變化稱為脈動(dòng)現(xiàn)象。圖6-4—3表示紊流中某點(diǎn)x方向速度ux(隨時(shí)間t變化的曲線。同樣也可測(cè)出該點(diǎn)uy、uz和p隨時(shí)間的變化曲線?？雌饋?lái)這種變化迅速而無(wú)規(guī)律，使對(duì)紊流的研究十分困難。但經(jīng)深入分析可知，這種脈動(dòng)是圍繞某一平均值而變化的。這樣，可以將紊流看作兩個(gè)流動(dòng)的疊加。即時(shí)間平均流動(dòng)和脈動(dòng)的疊加。某點(diǎn)在某一瞬時(shí)x方向的速度ux就等于時(shí)間平均速度和該瞬時(shí)脈動(dòng)流速的代數(shù)和。即

　　同理，可得

　　引入時(shí)間平均流動(dòng)的概念后，盡管紊流實(shí)質(zhì)上是極無(wú)規(guī)則的非恒定流，但只要它的時(shí)均值是一常數(shù)就可以將它看成恒定流。或者它的時(shí)均值隨時(shí)間遵循某一規(guī)律變化，就可看作是隨時(shí)間遵循某一規(guī)律變化的非恒定流(如水箱中水無(wú)補(bǔ)給時(shí)經(jīng)水箱孔口的出流)，而且前面提到的概念如流線、斷面平均流速等等都可以看作是時(shí)間平均化后的概念，仍可照常應(yīng)用。但對(duì)于紊流的切應(yīng)力、紊流擴(kuò)散等問(wèn)題的研究卻必須考慮紊流的脈動(dòng)。

　　紊流中的切應(yīng)力除了由于粘性所產(chǎn)生的切應(yīng)力外，由于質(zhì)點(diǎn)互相摻混、動(dòng)量的變換，還存在著紊流的附加切應(yīng)力，又稱為雷諾應(yīng)力。

　　式中

　　為粘性引起的切應(yīng)力;

　　τt為紊流附加切應(yīng)力即雷諾應(yīng)力。經(jīng)分析可得

　　但u’x、u’y等脈動(dòng)流速難以求出。普蘭特提出半經(jīng)驗(yàn)的混合長(zhǎng)度理論，推導(dǎo)出：

　　才中 l——混合長(zhǎng)度。流體質(zhì)點(diǎn)因橫向脈動(dòng)流速作用，橫向運(yùn)動(dòng)一段距離后，才同周圍 質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)量交換。混合長(zhǎng)度l即與此距離有關(guān)。

　　du/dy——時(shí)均流速梯度。

　　這樣

　　當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，以粘性切應(yīng)力τy為主，隨Re的增加，紊流附加切應(yīng)力τt在τ中的分量逐漸增大，至雷諾數(shù)相當(dāng)大時(shí)，粘性切應(yīng)力甚至可以忽略不計(jì)。

　　紊流的流速分布，靠近固體邊界處與核心區(qū)域是不同的。緊貼邊界的流體質(zhì)點(diǎn)流速為零，近邊界處很薄的流層內(nèi)，速度由零增至一定值，所以在此薄層內(nèi)速度梯度很大，粘性切應(yīng)力τy不容忽視。而由于壁面限制附近流體質(zhì)點(diǎn)做橫向運(yùn)動(dòng)，附加切應(yīng)力τt可以忽略。這一薄層被稱為粘性底層。在粘性底層內(nèi)流速分布可作為直線分布。粘性底層以外是紊流核心，在紊流核心區(qū)域內(nèi)由于質(zhì)點(diǎn)相互摻混和動(dòng)量交換，使斷面上速度趨于平均化，分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明紊流過(guò)水?dāng)嗝嫔狭魉侔磳?duì)數(shù)曲線分布，一般公式為

　　式中 v*——阻力速度。

　　β—卡門通用常數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)確定;

　　y——離管壁的距離;

　　c——常數(shù)，取決于邊界條件。

　　也有人依據(jù)實(shí)驗(yàn)資料提出了指數(shù)曲線的形式：如

　　在R=1.1×105s時(shí)

　　式中 r0為圓管半徑;y為至壁面的距離。

　　粘性底層的厚度隨R。的增大而減小，它雖然很薄，但對(duì)能量損失影響很大。

2010年注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師考試報(bào)名時(shí)間信息匯總
 結(jié)構(gòu)工程師基礎(chǔ)科目(一)考試普通化學(xué)練習(xí)題匯總
2010年結(jié)構(gòu)師考試9月18、19日

更多信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：結(jié)構(gòu)工程師頻道    結(jié)構(gòu)工程師論壇