[讨论]挑战性问题——集中涡中湍流扩散作用的大小？

lcw

大尺度湍流集中涡中速度梯度很大，湍动能产生率与耗散率很大，如果湍流扩散作用较大，会导致速度梯度变小，而实际情况是速度梯度很大，因此可推知其湍流扩散很小。为什么扩散作用很小呢？如何解释这一现象？？？

tailor1st

[这个贴子最后由tailor1st在 2004/06/10 07:52pm 第 1 次编辑]

下面引用由lcw在 2004/06/10 05:52pm 发表的内容：
大尺度湍流集中涡中速度梯度很大，湍动能产生率与耗散率很大，如果湍流扩散作用较大，会导致速度梯度变小，而实际情况是速度梯度很大，因此可推知其湍流扩散很小。为什么扩散作用很小呢？如何解释这一现象？？？

我认为上述表述有以下问题:
1."大尺度湍流集中涡中速度梯度很大，湍动能产生率与耗散率很大:",
湍动能与其耗散均与速度脉动,与湍流粘性(系数)有关,并非单纯与速度梯度有关.大尺度涡区是涡生成区,能量向涡动能转移,而耗散涡区才是湍动能耗散区.所以我认为此结论不正确;
2. 湍流所谓扩散也是通过脉动小涡进行的,所以不见得速度梯度大处,湍流扩散作用大.
一孔之见, 请指教.

lcw

下面引用由tailor1st在 2004/06/10 07:50pm 发表的内容：
我认为上述表述有以下问题:
1."大尺度湍流集中涡中速度梯度很大，湍动能产生率与耗散率很大:",
湍动能与其耗散均与速度脉动,与湍流粘性(系数)有关,并非单纯与速度梯度有关.大尺度涡区是涡生成区,能量 ...

谢谢您的关注！！！
您提到的涡生成区与能量耗散区是分开的吗？
很强的集中涡中肯定会产生许多小涡，这时小涡的扩散会产生什么效果？这时的扩散作用有多大？设分子粘性一定。

tailor1st

[这个贴子最后由tailor1st在 2004/06/20 04:03pm 第 1 次编辑]

一般的湍流理论都是假定尺度分离的. 即涡生成区特征尺度是与流场的特征尺度可比拟的. 而能量耗散区是在KOLMOGOROV 尺度范围内.
我不确定是否" 很强的集中涡" 是否一定会产生许多小涡,并且在什么程度上和范围内产生. 并且产生的话,是能量级联过程的大涡拉伸破碎中间过程的涡,?还是在很短的历程就都成为耗散涡? 所以我不清楚,"小涡"的扩散的具体效果和作用.

不过湍流中,分子粘性和湍流的涡粘性相比,应该是无足轻重. 前者要比后者好象一般都小两个量级以上.(对不起,此处无教科书, 凭记忆的印象)

wangdingxi

下面引用由tailor1st在 2004/06/20 04:02pm 发表的内容：
一般的湍流理论都是假定尺度分离的. 即涡生成区特征尺度是与流场的特征尺度可比拟的. 而能量耗散区是在KOLMOGOROV 尺度范围内.
我不确定是否" 很强的集中涡" 是否一定会产生许多小涡,并且在什么程度上 ...

你记得很清楚，分子粘性系数比湍流涡粘系数小两个量级（在充分发展湍流区），在张兆顺的《湍流》中有

yuren3

旋涡集中后有两个作用方面，一个是粘性毫散，另一个是漩涡纽结成团，
孤子的另一种形式。此物不耗散。
漩涡纽结不好算，简化可以用细杆扭曲方程，kirchhoff equation
有解析解可供使用。算出纽几个结。
如何用在转捩和湍流，还在研究之列

yuren3

集中涡破碎前先要失稳定
这是先决条件
失稳定的条件简单来看
可以把涡看成涡核的行为
这个区域集中了95%的涡量。
压力梯度当然影响失稳，但是更主要的是涡的集中程度
过去用涡强来计算不科学，现在涡丝的分析结果说明，除了涡强之外。
涡强分布的惯性距以及他的几何特性竟然也是一个严重影响因素。
涡在附面层拉长过程中，如同芭蕾舞演员收缩他的双臂和躯体，惯性距就会变小，
但是涡强变大，此时漩涡就会打结成扣。这种失稳并不是耗散，而是成为一种
很难打烂的孤子。能量隐藏起来，可以说是藏粮于民。条件一到，这些能量还会
像塔利班一样重新纠结。
   搞不明白飞机尾漩，为什么几十公里都没有事情，看起来好像耗散了，
但是有时候，突然来那么一下子再生，又冒出来了。造成失事条件。
到底什么条件使得这些能量重组集结，是否还是一塌糊涂吗？

lcw

关于能量的集结，是不是由于诱导的高强旋涡，粘性作用很小，涡量很难扩散，旋涡寿命较长，又由于某种原因引起外界的气流运动，引起旋涡内的气体轴向流动，旋涡得到拉伸，旋涡继续增强，径向压力梯度增大，导致径向向内的速度增大，从而又引起轴向速度增大，直到稳定在一个水平上，由于外界的粘性作用，需要较长时间旋涡能量才能扩散和耗散掉。这样理解对吗？

madclaw

下面引用由lcw在 2004/06/10 05:52pm 发表的内容：
大尺度湍流集中涡中速度梯度很大，湍动能产生率与耗散率很大，如果湍流扩散作用较大，会导致速度梯度变小，而实际情况是速度梯度很大，因此可推知其湍流扩散很小。为什么扩散作用很小呢？如何解释这一现象？？？

有几点不同意见
1。大尺度湍流集中涡中速度梯度很大，但是湍动能耗散率却很小。Kolmogorov 1942 的assumption, as Re goes to infinity, no energy is dissipated at small wavenumber.所谓尺度分离。
2。你所说的速度梯度应该是瞬时或者平均速度的梯度，湍流的特征速度是fluctuating velocity， 和前两者不是一个数量级的，当然湍流扩散会很小。
不知对否？

nepie2001

不是太同意楼上的观点，湍流的特征速度是fluctuating velocity， 和前两者不是一个数量级的，但是湍流的耗散以及导致的梯度并不是用脉动速度所决定的。我喜欢用哲学的角度看湍流，湍流的脉动速度只是必然因素导致的偶然现象，他反映了必然规律，但是这种偶然随机的结果是不会重新变成速度梯度大小的决定因素的。

kera

[这个贴子最后由kera在 2006/04/15 11:57am 第 1 次编辑]

is concentrate vortices that important?