1、 何鐘怡 2008.07.27湍 流 及 其 數(shù) 值 模 擬的 物 理 基 礎(chǔ)1導(dǎo) 言2導(dǎo)言 蓬勃發(fā)展的標(biāo)志 三個(gè)蓬勃發(fā)展的分支 兩個(gè)傳統(tǒng)標(biāo)志 數(shù)值風(fēng)洞、數(shù)值水洞與數(shù)值反應(yīng)器3導(dǎo)言 輝煌的研究隊(duì)伍 為湍流研究作出貢獻(xiàn)的二十世紀(jì)國(guó)際知名專家舉例： Sommerfeld, Lorentz, Rayleigh, Prandtl, Karman, Heisenberg, Taylor, Synge, Landau, Kolmogorov, Batchelor, Chandrasekhar, 林家翹，周培源4導(dǎo)言 艱難的認(rèn)識(shí)過(guò)程慣性項(xiàng)與粘性項(xiàng)匹配的強(qiáng)非線性；“定常”激勵(lì)下導(dǎo)致響應(yīng)的大尺度非定常、小尺度隨

2、機(jī)；Sommerfeld與Feynman的評(píng)論；5t=4時(shí)刻流線圖t=8時(shí)刻流線圖t=12時(shí)刻流線圖t=16時(shí)刻流線圖6時(shí)均流線圖X=3.2處水平和垂向速度的速度廓線圖 7t=30時(shí)刻流線圖t=35時(shí)刻流線圖t=40時(shí)刻流線圖t=45時(shí)刻流線圖8一、N-S方程與無(wú)滑移邊界條件 9一、 N-S方程與無(wú)滑移邊界條件 不可壓縮牛頓流體的基本方程 N-S方程來(lái)源于運(yùn)動(dòng)微分方程及本構(gòu)方程10一、 N-S方程與無(wú)滑移邊界條件 連續(xù)性與本構(gòu)方程的檢驗(yàn)問(wèn)題 測(cè)粘流動(dòng)Hagen-Poiseuille流Couette流Poiseuille流11一、 N-S方程與無(wú)滑移邊界條件 統(tǒng)計(jì)物理中的分子輸運(yùn)理論 Boltz

3、mann方程及其近似解Boltzmann方程；Chapman-Enskog近似Burnett近似；Wang Chang-Uhlenbeck近似12一、 N-S方程與無(wú)滑移邊界條件 關(guān)于邊界滑移的Maxwell解釋界面滑移速度s 表面適應(yīng)系數(shù)； l平均自由程z 入射平均系數(shù)； 壁面處速度梯度13一、 N-S方程與無(wú)滑移邊界條件Knudsen準(zhǔn)則Kn 0.01 不考慮滑移；0.01 Kn 10 自由分子流；流動(dòng)滑移與溫度跳躍14一、 N-S方程與無(wú)滑移邊界條件 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 小散射體激光及激光-氫氣泡的近壁測(cè)量； Milliken實(shí)驗(yàn)； 小結(jié)15二、層流向湍流的過(guò)渡 16二、層流向湍流的過(guò)渡 零級(jí)運(yùn)動(dòng)

4、的失穩(wěn) Orr-Sommerfeld方程已知基本運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)流j - 擾動(dòng)流函數(shù)17二、層流向湍流的過(guò)渡 TollmienSchlichting波 Heisenberg解；林家翹的貢獻(xiàn)18二、層流向湍流的過(guò)渡 從二維失穩(wěn)到三維失穩(wěn) Squier定理； K波、C波與H波； Emmons湍斑 湍斑； 湍斑的發(fā)育； 成熟湍流；19三、兩個(gè)里程碑意義的假說(shuō) 20三、兩個(gè)里程碑意義的假說(shuō) Richardson的旋渦結(jié)構(gòu)論 Taylor、林家翹、周培源關(guān)于均勻各向同性湍流理論的貢獻(xiàn)21三、兩個(gè)里程碑意義的假說(shuō) Landau的級(jí)聯(lián)失穩(wěn)論 臨界雷諾數(shù)的物理內(nèi)涵； 級(jí)聯(lián)失穩(wěn)； 旋渦的數(shù)學(xué)解釋； Kolmogorov

5、關(guān)于湍流的局部均勻各向同性理論 湍動(dòng)的局部均勻各向同性； Kolmogorov假設(shè)；22三、兩個(gè)里程碑意義的假說(shuō)h Kolmogorov微尺度v Kolmogorov特征流速 單位質(zhì)量流體的能量耗散率Rek Kolmogorov微渦雷諾數(shù)L 總流特征長(zhǎng)度 Re總流雷諾數(shù)23四、湍流的擬序結(jié)構(gòu) 24四、湍流的擬序結(jié)構(gòu) Towsend的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) Kline實(shí)驗(yàn) 湍流的擬序結(jié)構(gòu) 25五、湍流形成的機(jī)制 26五、湍流形成的機(jī)制 不斷分叉到混沌 擬序性結(jié)構(gòu) 湍動(dòng)空間的結(jié)構(gòu)圖像27六、數(shù)值模擬的物理基礎(chǔ) 28六、數(shù)值模擬的物理基礎(chǔ) 系綜與系綜統(tǒng)計(jì)（系綜平均） DNS的物理基礎(chǔ) 基本思想； 空間網(wǎng)格與時(shí)間步距的尺度； 基本困難與展望；29六、數(shù)值模擬的物理基礎(chǔ) LES的物理基礎(chǔ) 基本思想；空間濾波：亞格子應(yīng)力；困難與展望濾波后的N-S方程30六、數(shù)值模擬的物理基礎(chǔ) RANS的物理基礎(chǔ)雷諾方程各種類型