猝發(fā)現(xiàn)象

湍流是具有時空多尺度結(jié)構(gòu)的非線性場，有序和無序的結(jié)構(gòu)在各種尺度上交錯疊加，構(gòu)成了湍流的復(fù)雜性.借助于子波分析這一數(shù)學(xué)工具，我們可以對湍流場中的各種尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)刻畫。與傳統(tǒng)的Fourier分析相比，子波分析用具有局部性的類似渦結(jié)構(gòu)的子波函數(shù)代替了不同頻率的簡諧波作為基函數(shù)，可以在不同尺度上觀察湍流信號中不同時空位置的結(jié)構(gòu)，因此有數(shù)學(xué)顯微鏡的美譽(yù)，在對湍流擬序結(jié)構(gòu)的分尺度分析上具有明顯的優(yōu)勢。Argoul等(1989)用子波分析高雷諾數(shù)風(fēng)洞湍流的速度場，用空間尺度分析給出了Richardson能級的直觀顯示Everson等(1990)用子波分析了中等雷諾數(shù)下湍流射流二維染色濃度數(shù)據(jù)，顯示出該標(biāo)量內(nèi)部結(jié)構(gòu)的尺度相似性子波分析自被提出以來，在湍流分析中已經(jīng)取得了初步的成果，可以預(yù)見它對我們深入認(rèn)識湍流這一復(fù)雜系統(tǒng)有很重要的意義。

在壁湍流中，低速流體的上拋現(xiàn)象和高速流體的下掃現(xiàn)象并稱為猝發(fā)現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有近壁區(qū)的雷諾應(yīng)力是在猝發(fā)過程中產(chǎn)生的，伴隨著猝發(fā)現(xiàn)象，常有流向渦出現(xiàn)，因此猝發(fā)現(xiàn)象在湍流的產(chǎn)生和輸運(yùn)中起著重要的作用，是近壁區(qū)湍流重要的一種擬序運(yùn)動。

將子波方法用于碎發(fā)檢測還是比較新的嘗試.Liandrat和Morlet-Bailly利用一維倒墨西哥帽實(shí)值子波分析了受熱壁面附近湍流邊界層中的流向脈動速度，并與VITA法做了比較，研究了湍流能量在不同尺度上的分布，指出在兩個尺度上的信號占有湍流最大能量，因此認(rèn)為這兩個尺度上的結(jié)構(gòu)是邊界層中的主要結(jié)構(gòu)，并對應(yīng)著碎發(fā)過程中的上拋和下掃事件.姜楠、王振東、舒瑋采用類似的方法對用熱膜測速儀得到的平板湍流邊界層中流向脈動速度信號進(jìn)行了研究，提出了確定壁湍流猝發(fā)事件時間尺度的能量最大準(zhǔn)則，并用子波逆變換得到了猝發(fā)事件對應(yīng)的速度信號波形。需要指出的是他們處理的都是實(shí)驗(yàn)測量的信號，無法得到極近壁區(qū)的信號，且只考慮了流向脈動速度。

猝發(fā)現(xiàn)象背景

物質(zhì)、熱量和動量通過液體一氣體交界面進(jìn)行傳輸是自然界和工程實(shí)際中廣泛存在的現(xiàn)象?；瘜W(xué)工業(yè)中的吸附、蒸發(fā)和冷凝等基本工藝過程直接涉及氣液兩相之間的傳質(zhì)、傳熱人氣與海洋、湖泊等水體之間的水氣、能量、動量交換是地球流體環(huán)境中最基本的相互作用，關(guān)系到人們對于氣象、氣候、環(huán)境及災(zāi)害等重大問題的認(rèn)識。一般來說，氣液界面處的傳輸過程，特別是不易溶解的氣體，如二氧化碳和氧氣的傳輸，決定于液相一力的傳輸速度，而界面附近的湍流運(yùn)動又是控制傳輸速度的關(guān)鍵因素。由于氣液界面湍流本身的復(fù)雜性諸如上述這些重要問題，長期以來不得不主要依靠經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際量測來應(yīng)付。隨著化學(xué)等工業(yè)的發(fā)展和人們對地球環(huán)境的日益關(guān)注，對氣液界面附近湍流結(jié)構(gòu)的研究受到了特別重視。

在過去的40年里，存在于固壁附近湍流邊界層中的各類相干結(jié)構(gòu)(coherem structure)現(xiàn)象一直吸引著眾多的研究者。盡管對這些結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生、發(fā)展、維持機(jī)制等尚未達(dá)到普遍的共識，相干結(jié)構(gòu)與計(jì)算模型的結(jié)合問題也沒有得到解決，畢竟人們對固壁湍流的認(rèn)識已經(jīng)相當(dāng)深入，許多跡象表明湍流猝發(fā)(bursting) 事件是湍流Reynolds應(yīng)力的主要貢獻(xiàn)者，相干結(jié)構(gòu)貫穿于湍流產(chǎn)生和維持的整個過程，對于湍流混合、物質(zhì)和熱輸運(yùn)、噪聲及摩阻都有至關(guān)重要的影響。

猝發(fā)現(xiàn)象相關(guān)研究

液體一氣體交界面作為流體運(yùn)動的另一種重要邊界，具有可滑移、易變形等區(qū)別于剛性固壁的特點(diǎn)。這也使得此類物質(zhì)界面處湍流的觀測面對更多的困難。從80年代，才陸續(xù)出現(xiàn)了對于水一氣界面附近湍流的仔細(xì)觀測。Nezu和Rodi 、 Dickev、Komori等對液體自由表面附近的湍流強(qiáng)度分布等進(jìn)行了測量。Dickey和Komori實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，在靠近界面的區(qū)域，湍流行為的最顯著特征是垂直自由面的揣流脈動受到抑制，而平行脈動分量相反得到加強(qiáng)。在零剪切條件下，氣液界面處并沒有猝發(fā)之類的湍流結(jié)構(gòu)產(chǎn)生門。因而此時的研究重點(diǎn)實(shí)際上是考察遠(yuǎn)離界面區(qū)域產(chǎn)生的湍流在自由表面附近的行為特性。Rashidi和Banerjee、 Kumar等的明渠流動實(shí)驗(yàn)(湍流產(chǎn)生于底部固壁邊界)，Bromley和Jirka對于格柵湍流(湍流由浸沒的振動格柵產(chǎn)生)在自由表面附近特征的研究，是這方面的代表性工作。Komori等在風(fēng)浪槽實(shí)驗(yàn)中同步觀察了不發(fā)生風(fēng)生波破碎時，波動水一氣界面兩側(cè)的湍流結(jié)構(gòu)。Rashidi和Banerjee沿用固壁湍流邊界層相干結(jié)構(gòu)的研究思路，對受剪切但無波動的水氣界面下的湍流結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)界面上的剪切率足夠大時，類似固壁邊界那樣，在水流與氣流的交界面附近也出現(xiàn)快慢流體條帶(streak)和辭發(fā)等結(jié)構(gòu)甚至無量綱化的慢條帶平均間距和碎發(fā)周期也與固壁情況基本相同不過，需要指出的是，在Rashidi和Ban州ee的實(shí)驗(yàn)中，明渠水流深度小于3.5 cm，水面湍流結(jié)構(gòu)難免受到固體底邊界處產(chǎn)生的湍流的影響，獨(dú)立產(chǎn)生于剪切氣液界面的湍流結(jié)構(gòu)沒有得到深入研究。

中國科學(xué)院力學(xué)研究所王雙峰等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)速不小于2.63m/s時，水一氣界面下的邊界層流動主要由高度間歇性的湍流拌發(fā)事件控制。雖然猝發(fā)過程的具體實(shí)現(xiàn)中流動形態(tài)并不是確定的，但都具有以下一些基本特征:（1）受慢條帶的影響，邊界層垂向瞬時速度剖面出現(xiàn)拐點(diǎn)，流動變得不穩(wěn)定;（2）變形的速度剖面下游產(chǎn)生復(fù)雜的流向、橫向及垂向渦運(yùn)動;（3）大尺度渦運(yùn)動最終在下游破碎，流動進(jìn)入小尺度混亂狀態(tài)。碎發(fā)造成的擾動可深入到比平均邊界層厚度大數(shù)倍的地方，結(jié)束后流速剖面恢復(fù)常態(tài)，邊界層內(nèi)流動趨于平靜，直到新的猝發(fā)事件發(fā)生。

猝發(fā)現(xiàn)象是指邊界層內(nèi)外區(qū)之間強(qiáng)烈地相互作用時，邊界層在空間某個位置上會突然發(fā)生局部破裂的現(xiàn)象。即從條帶結(jié)構(gòu)到速度剖面的扭曲，再到流場振蕩和展向渦旋的產(chǎn)生，最后到條帶結(jié)構(gòu)的破碎。

有趣的物理現(xiàn)象

物理現(xiàn)象一：光的折射

下雨天天空中出現(xiàn)彩虹；

物理現(xiàn)象二：磁力現(xiàn)象

兩塊磁鐵相互吸引或排斥；

物理現(xiàn)象三：能量的轉(zhuǎn)化

細(xì)線懸掛的小球在空中擺動（重力勢能和動能的轉(zhuǎn)化）；

物理現(xiàn)象四：液體凝固

冬天早晨窗子上出現(xiàn)冰花；

物理現(xiàn)象五：擴(kuò)散現(xiàn)象

一滴紅墨水滴入一個裝滿清水的杯子，很快一杯水都紅了；

物理現(xiàn)象六：光的反射

鏡子中出現(xiàn)自己；

物理現(xiàn)象七：沸騰現(xiàn)象

燒開的水水面不停地翻滾；

物理現(xiàn)象八：做家具

形狀改變，其本質(zhì)并沒有變化。木匠把木頭做成桌子、椅子等家具。

自然界中與物體冷熱程度（溫度）有關(guān)的現(xiàn)象稱為熱現(xiàn)象。人對冷和熱會產(chǎn)生生理上的感覺，在溫度較高的環(huán)境中，人感覺熱；在溫度較低的環(huán)境中，人感覺冷。但溫度并不是熱，溫度表示物體的冷熱程度。利用溫度計(jì)可以準(zhǔn)確地測量物體的溫度。

我們說物體吸熱和放熱，這里的熱，指的是能量。熱力學(xué)第一定律告訴我們：熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，功也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，消耗一定的功，必產(chǎn)生一定的熱，一定的熱消失時，也必產(chǎn)生一定的功。

氣縛現(xiàn)象是指離心泵啟動時，如果泵內(nèi)存有空氣，由于空氣密度相對于輸送液體很低，旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的離心力小，因而葉輪中心區(qū)所形成的低壓不足以將液體吸入泵內(nèi)，雖啟動離心泵也不能輸送液體，此種現(xiàn)象稱為離心泵的氣縛現(xiàn)象。

氣縛現(xiàn)象表示離心泵無自吸能力，所以在啟動之前必須向泵殼內(nèi)灌滿液體。氣縛現(xiàn)象泛指離心泵抽空現(xiàn)象。2100433B