湍流新理論及其應用

前言

許多科學和工程問題，無論理論流體力學、工程流體力學、冶金傳輸原理，還是傳熱學、傳質學等，都會涉及湍流問題，傳統(tǒng)采用時均值處理的方法，其實質是掩蓋了湍流問題的本質，尤其是普朗特混合長理論用微觀分子運動方法來處理宏觀湍流問題則顯然是不合理的。本書作者于1957年畢業(yè)于大連工學院（現大連理工大學）水利系，從事大學本科及研究生“流體力學”及相關專業(yè)教學與科研工作43年。本書是作者多年堅持不懈地思索教學與科研中存在問題建立起的一種解決湍流問題可行的模型和思維方法，從而形成系統(tǒng)的湍流理論，并建立了相應的數學方程。本書寫作始于2001年，至2008年9月定稿。目前因作者已離休，無力完成對理論的驗證。作者真誠地希望有條件的同仁對書中提出的湍流理論與方程給予實驗并驗證，對這些理論與公式提出建設性意見或爭論，共同為湍流科學發(fā)展做出貢獻。本書提出的邊層流概念，解決了渦旋產生地帶并確定其位置的問題；所提出的湍流形成機理，可較好地描述層流轉變?yōu)橥牧鞯倪^程，闡明在湍流區(qū)存在著渦旋微團與無旋轉的平移微團運動形成的同介質多相流流場；并指出脈動速度與脈動壓力只是現象，而不是湍流的本質。解決湍流問題的關鍵是如何建立湍流微分方程從而找到湍流場內的速度分布。本書引入建立多相流微分方程的辦法，運用系統(tǒng)與控制體相結合，建立不可壓縮流體第一輸運公式與可壓縮流體第二輸運公式，并利用它們導出湍流場內運動的微分方程組。本書結合具體問題，將有因次方程變成無因次方程。依無因次邊界條件暫選含有待定參數的速度分布，將其代入無因次方程中，解出待定參數，一般是通解，再將其加上兩個系數，并利用進出口條件，確定它們，最后獲得滿足各方面條件的速度分布，從而得到流體力學中非線性偏微分方程的解。

內容概要

本書主要介紹了邊層流、湍流形成機理與湍流運動、湍流運動基本方程組、有壓管道湍流運動、矩形明渠湍流、平板近壁流、不可壓縮流體管道進口段、可壓縮湍流管道流動和定常湍流邊界層等內容。    本書適合于從事湍（紊）流科研的工作者閱讀，也可作為本科和研究生的教學用書，同時對從事冶金、化工、水利專業(yè)的工程技術人員也有參考價值。

書籍目錄

1　邊層流  1.1　邊層流區(qū)與層外流區(qū)的提出  1.2　邊界層與邊層流、層外流的區(qū)別  1.3　層流邊層流與湍流邊層流的理論作用  1.4　層流邊層流    1.4.1  層流邊層流的形成    1.4.2　層流邊層流的劃分  1.5　湍流邊層流    1.5.1  湍流邊層流的定義    1.5.2　湍流邊層流的劃分　1.6　概念梳理　1.7　連續(xù)性問題2　湍流形成機理與湍流運動  2.1　概述  2.2　層流轉變?yōu)橥牧鬟^程    2.2.1  有壓管道充分發(fā)展段    2.2.2　有壓管道進口段    2.2.3  明渠    2.2.4　平板邊界層  2.3　湍流狀態(tài)    2.3.1　有壓管道充分發(fā)展段    2.3.2　有壓管道進口段    2.3.3  明渠    2.3.4　平板邊界層  2.4　流態(tài)判別方法  2.5　能量方程  2.6　渦旋直徑與轉速關系3　湍流運動基本方程組  3.1　湍流系統(tǒng)積分方程組    3.1.1  系統(tǒng)質量守恒積分方程 　 3.1.2  系統(tǒng)動量守恒積分方程　  3.1.3  系統(tǒng)動量矩守恒積分方程　  3.1.4  系統(tǒng)能量守恒積分方程　3.2　湍流第一輸運公式　3.3　不可壓縮湍流積分方程組　  3.3.1  質量守恒積分方程　  3.3.2　動量守恒積分方程　  3.3.3　動量矩守恒積分方程　  3.3.4　能量守恒積分方程　3.4　不可壓縮湍流微分方程組　  3.4.1　連續(xù)性微分方程　  3.4.2　動量微分方程　  3.4.3　動量矩微分方程　  3.4.4　能量微分方程　3.5　湍流第二輸運公式　3.6　可壓縮湍流積分方程組　  3.6.1  質量守恒積分方程　  3.6.2　動量守恒積分方程　  3.6.3　動量矩守恒積分方程　  3.6.4　能量守恒積分方程　3.7　廣義牛頓定律　3.8　湍流剪應力的分解　3.9　渦旋公式分解　3.10　附加剪應力渦旋平移速度及其圖解　  3.10.1  附加剪應力以渦旋平移速度表示　  3.10.2　渦旋平移速度圖解說明　3.11　渦旋平行連續(xù)相速度公式　3.12　渦旋垂直無旋流速度公式　3.13　渦旋平移速度自積　3.14　附加剪應力以連續(xù)相速度表示　3.15　渦旋平移速度表達式　3.16　層流不可壓縮運動微分方程組　  3.16.1  連續(xù)性方程　  3.16.2　動量方程　  3.16.3　動量矩方程　  3.16.4　能量方程　3.17　層流可壓縮運動微分方程組　  3.17.1  連續(xù)性方程　  3.17.2　動量方程　　……4　有壓管道湍流運動5　矩形明渠湍流6　平板近壁流7　不可壓縮流體管道進口段8　可壓縮湍流管道流動9　定常湍流邊界層

章節(jié)摘錄

插圖：2　湍流形成機理與湍流運動2.1　概述本章以第1章提出的邊層流概念為出發(fā)點，分析湍流形成機理與湍流運動特點。由于外界條件與邊界條件的不同，其湍流形成機理與湍流狀態(tài)的特征也有所差異。因此，須對有壓管道流動充分發(fā)展段、管道流動進口段、平板邊界流動和明渠流動幾種情況分別地加以討論。討論問題是基于流體力學中有關概念、公式和定理進行的；因此要用到物理學中一些力學定律，并結合具體邊界條件，綜合地進行分析與討論。2.2　層流轉變?yōu)橥牧鬟^程由流體力學雷諾實驗可知，當沿管道中運動的紅色流線破碎時，說明整個管道已形成湍流。這表明流動中出現的微團，除有沿主流方向運動的分速度外，還有垂直于主流方向運動的分速度。這個微團是怎么產生的？以力學的觀點來分析，這個微團一定受到垂直于主流方向的力，當這個力足以克服微團的慣性力時，它就出現這個垂直于主流方向的分速度。

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《湍流新理論及其應用》為冶金工業(yè)出版社出版。

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