空氣湍流

湍流是流體的一種流動狀態(tài)。空氣湍流與管道的形狀、大小以及管道的材料有關(guān)。在化工原理中常用雷諾準(zhǔn)數(shù)來判斷流體的流動狀況。

對于一般的管道，當(dāng)雷諾數(shù)Re＜2300時，流體流動形態(tài)為層流狀態(tài)。此時，流體分層流動，互不混合。當(dāng)Re＞4000時，流體流動形態(tài)為湍流狀態(tài)。此時，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。不規(guī)則運(yùn)動，空氣湍流就是屬于這種情況。當(dāng)Re＝2300～4000時，流體流動形態(tài)為過渡狀態(tài)。

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湍流在空氣動力學(xué)中指的是短時間(一般少于10min)內(nèi)的風(fēng)速波動。為了有效地描述風(fēng)，將它認(rèn)為是通過天氣、晝夜、季節(jié)的平均風(fēng)速和湍流的風(fēng)速波動疊加構(gòu)成的。這些風(fēng)速波動的周期一般為一到幾個小時，在10分鐘，湍流波動的平均值為零。

湍流產(chǎn)生的原因主要有兩個:一個是當(dāng)氣流流動時，由于地形差異(如山峰)造成的與地表的摩擦或者阻滯作用;另一個是因為大氣溫度差異和空氣密度差異引起的氣流垂直流動。通常這兩種原因彼此影響。例如，當(dāng)氣流經(jīng)過高山時就會被迫流向溫度較低的地區(qū)，這時氣流與大氣環(huán)境的熱平衡被打破，引起風(fēng)速波動。

湍流顯然是一個復(fù)雜的隨機(jī)過程，并且不用簡單明確的方程來表示，我們能可以通過統(tǒng)計規(guī)律來研究湍流。針對湍流統(tǒng)計規(guī)律的描述有很多，關(guān)鍵在于找出是湍流強(qiáng)度和陣能哪一種夠在實際工程中得到最好的應(yīng)用，最簡單的統(tǒng)計描述就是湍流度和風(fēng)因子。其中，湍流強(qiáng)度是對湍流總體水平的度量。

在進(jìn)行CFD數(shù)值模擬的時候，往往需要估計計算入口處湍流強(qiáng)度的數(shù)值。如果想估計的準(zhǔn)，必須要進(jìn)行一些實際的測量或者要有一定的實際經(jīng)驗。以下是一些估計計算入口湍流度的方法。

1. 較高湍流度的情況：在復(fù)雜幾何形狀內(nèi)部進(jìn)行的高速流動一般湍流度在5%---20%。比如熱交換機(jī)，渦輪，壓縮機(jī)等。

2. 中度湍流度的情況：在類似于較粗的管子內(nèi)流動的不太復(fù)雜的流動，較低速度(雷諾數(shù))流動等。此時一般來說湍流度在1%---5%。

3. 低湍流度的情況：來源于靜止的氣流的流動。比如，汽車相對與靜止的空氣在運(yùn)動，潛水艇外部的流動，航空飛行器的飛行。當(dāng)然，高質(zhì)量的風(fēng)洞也可以產(chǎn)生較低湍流度的流動。此時湍流度一般都低于1%。對于無風(fēng)時的時候，相對于航空飛行器的空氣的湍流度大約為萬分之八。