網(wǎng)柵后均勻氣--固兩相湍流流動(dòng)的光學(xué)測(cè)量

本項(xiàng)目主要以實(shí)驗(yàn)研究為手段，以網(wǎng)柵后氣—固兩相流場(chǎng)為研究對(duì)象，利用先進(jìn)的光學(xué)測(cè)量方法研究氣—固兩相流動(dòng)中各相的流動(dòng)特性，尤其是具有不同粒子松馳時(shí)間及濃度的顆粒的存在對(duì)氣流湍動(dòng)能沿流動(dòng)方向衰減規(guī)律的影響，從而為氣—固兩相湍流模型的發(fā)展提供了有益的數(shù)據(jù)。目前就氣—固兩相流而言，理論研究和實(shí)驗(yàn)研究極不平衡，嚴(yán)重阻礙了理論模型的發(fā)展，對(duì)網(wǎng)柵后氣—固兩相流中各相湍動(dòng)能衰減規(guī)律的研究，國(guó)內(nèi)、外尚未見過(guò)報(bào)道，因此，本項(xiàng)目的研究處于學(xué)科前沿，具有十分重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用前景。本項(xiàng)目基本上按預(yù)期的研究計(jì)劃進(jìn)行，并且達(dá)到了預(yù)期的研究目標(biāo)。

有分量湍流動(dòng)能和湍流總動(dòng)能之分。湍流總動(dòng)能隨時(shí)間的變化體現(xiàn)湍流動(dòng)能的凈收支，是衡量湍流發(fā)展或衰退的指標(biāo)。湍流擴(kuò)散方差與分量湍流能量呈正比，是衡量湍流混合能力的重要指標(biāo)。

湍流動(dòng)能（TurbulenceKinetic Energy)是湍流模型中最常見的物理量（k）之一。

可以利用湍流強(qiáng)度估算湍流動(dòng)能，其計(jì)算公式為：

式中：U—平均速度，I—湍流強(qiáng)度

湍流是流體的一種流動(dòng)狀態(tài)?？諝馔牧髋c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(lái)判斷流體的流動(dòng)狀況。

對(duì)于一般的管道，當(dāng)雷諾數(shù)Re＜2300時(shí)，流體流動(dòng)形態(tài)為層流狀態(tài)。此時(shí)，流體分層流動(dòng)，互不混合。當(dāng)Re＞4000時(shí)，流體流動(dòng)形態(tài)為湍流狀態(tài)。此時(shí)，流線不再清楚可辨，流場(chǎng)中有許多小漩渦，層流被破壞，相鄰流層間不但有滑動(dòng)，還有混合。不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，空氣湍流就是屬于這種情況。當(dāng)Re＝2300～4000時(shí)，流體流動(dòng)形態(tài)為過(guò)渡狀態(tài)。

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

湍流產(chǎn)生的原因主要有兩個(gè):一個(gè)是當(dāng)氣流流動(dòng)時(shí)，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(gè)是因?yàn)榇髿鉁囟炔町惡涂諝饷芏炔町愐鸬臍饬鞔怪绷鲃?dòng)。通常這兩種原因彼此影響。例如，當(dāng)氣流經(jīng)過(guò)高山時(shí)就會(huì)被迫流向溫度較低的地區(qū)，這時(shí)氣流與大氣環(huán)境的熱平衡被打破，引起風(fēng)速波動(dòng)。

湍流顯然是一個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)過(guò)程，并且不用簡(jiǎn)單明確的方程來(lái)表示，我們能可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)研究湍流。針對(duì)湍流統(tǒng)計(jì)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(shí)際工程中得到最好的應(yīng)用，最簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)描述就是湍流度和風(fēng)因子。其中，湍流強(qiáng)度是對(duì)湍流總體水平的度量。