第60章 湍流摩擦係數公式和湍流模型方程

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    在邊界層論文提交後,卓越開始向湍流方程進發。

    第二天的上午,他坐在圖書館靠窗的位置,一個人坐在那,麵前放著電腦,電腦旁有一堆書和本子,他右手持筆,左手撐著下巴,目露思索。

    陽光透過窗戶照射到他的身上,沐浴金光,好似偉人在思索。

    他心道“湍流是一種非常複雜的三維非穩態、帶旋轉的不規則流動。”

    “它是由粘性力引起的,由無數個漩渦疊加而成。”

    “雷諾數是表征慣性力與粘性力的比值,也是判斷層流與湍流的一個重要依據。”

    “當雷諾數很小時,粘性力起主導作用,此時流態為層流。”

    “當雷諾數很大時,慣性力起主導作用,此時流態為湍流。”

    “而不管是粘性力,還是慣性力,它們都有摩擦力,畢竟湍流不是超流體。”

    “所以,還要推導出一個湍流摩擦係數公式。”

    “想要推導出湍流摩擦係數公式,那麽就要先求出湍流流動的複雜性,而這就要用到工程上處理複雜問題的方法——半理論半經驗的方法。”

    “而湍流流動的複雜性公式是。”

    說著他拿起筆,在本子上寫。

    【l=(μ+e)du/dy】

    “再進行量綱分析。”

    “可采用伯金漢量綱分析方法。”

    “那麽就有伯金漢π定理。”

    【f(π?,π?,……,π?)=0】

    “從湍流的實驗和理論可以分析出幾個確定影響因素。”

    【?p?=?(d,l,ub,p,μ,e)】

    “這裏包含7個物理量,3個基本量綱,可用4個準數。”

    “最後是量綱計算,可得!”

    【  1l(-1)t(-2)=(j+k)l(a+b+c-3j-k+)t(-c-k)】

    “通過兩邊的量綱相同可得方程組,接觸a,c,j並帶入(a)式,整理得。”

    【……】

    “……”

    “湍流摩擦係數公式就是。”

    【∑h?=(λ1/d+∑ξj)u2b/2

    ∑h?=λl+∑l?/du2b/2】

    “當湍流發生變化,分段計算再求和,可得。”

    【∑h?=∑h?,i】

    卓越長呼一口氣,看著自己寫的公式,驗證一番後,他滿意的點頭。

    “湍流摩擦係數求出來了,但依然不滿足求出湍流方程。”

    湍流方程是一個世紀難題,雖然卓越求出了n-s方程,讓湍流有了理論基礎。

    但是這對於解決湍流還遠遠不夠。

    至今他已經解開了湍流的三種模式,雷諾數,邊界層方程和湍流摩擦係數,而他還是沒法解開湍流。

    “任何理論被驗證前,都要有一個模型。”

    “所以,湍流也應該有湍流模型。”

    所謂湍流模型是以雷諾平均運動方程與脈動運動方程為基礎,依靠理論與經驗的結合,引進一係列模型假設,而建立起的一組描寫湍流平均量的封閉方程組。

    說完他在電腦上搜索關於湍流模型信息,很快他就找到了。

    “有四種模型?”卓越淡笑道“也對,湍流畢竟被研究這麽久了,有這麽多模型也很正常。”

    湍流模型有四種模型,分別是零方程模型、一方程模型、二方程模型和雷諾應力模型。

    零方程模型分為兩種,c-s模型和b-l模型。

    一方程模型也有兩種,s-a模型和b-b模型,s-a模型是從一種經驗和量綱分析出發的,而b-b模型是從二方程模型簡化而來。

    二方程模型是k-e模型和k-oa模型。

    “既然求出了湍流摩擦係數公式,那麽模型就選s-a模型吧!”

    s-a湍流模型是一個一方程模型,相對於二方程模型計算量小,穩定性好,同時又有較高的精度。

    “首先是s-a湍流模型的基礎方程。”

    【df/dt=?f/?t(u?)f=擴散項+產生項-耗散項】

    “擴散項是!”

    “s-a的擴散項相比於其餘模型的擴散項更加的保守,因此要引入非保守的擴散項,要在其中添加v?的一階微分,所以可得擴散項的表達式為。”

    【擴散項=1/σ[?(v??v?)+cb?(?v?)2]】

    “接下來是產生項。”

    “s-a模型主要用於空氣動力學研究,主要對象往往是存在大量渦量區域的湍流。”

    “因此s-a模型采用另一種對渦量大小的表達。”

    【w=√2Ω??ζ

    Ω??=1/2(?u?/?x?-?u?/?x?)】

    “所以可得產生項。”

    【產生項=cb?sv?

    s=√2Ω??Ω??,Ω??=1/2(?u?/?x?-?u?/?x?)】

    “最後是耗散項!”

    “s-a認為在邊界層中,壁麵的阻礙效應通過壓強使一定距離內就能感受到,對於耗散項雷諾應力也有密切的聯係。”

    “綜合量綱考慮,得到耗散項的第一種形式為。”

    【-cw  ?(v?/d)2】

    “又通過實驗可以知道模型一方麵在對數層內能有很好的近似解,但對平板邊界層來說表麵摩擦阻力係數值太小,在邊界層以外的區域耗散太慢。”

    “所以,應該將s-a進行改進,讓s-a在這第一種形式之前乘一個無量綱函數?w,它在對數層等於1”

    “所以,可得s-a模型的耗散項為。”

    【耗散項=-cw1?w(v?/d)2】

    “好了,模型基本建立起來了。”

    “下麵開始校準。”

    “理論校準肯定不行,要進行實驗校準。”

    “就是不知道學校哪裏可以進行實驗校準?”

    想了一下,他收拾東西準備去找楊教授,這種事他肯定不知道,但楊教授應該是知道的。

    楊教授此時正和宗教授在家裏大眼瞪小眼。

    一旁的楊爍和一位年齡與他相仿的年輕女性局促不安的坐在沙發上。

    這位年輕女性就是楊爍的女友宗晴晴,一米六二的身高,五官甜美,皮膚白暫。

    兩人幾個小時前在外約會,被宗教授的學生發現,然後將這事告訴宗教授。

    宗教授就將宗晴晴叫回家問,沒想到事情是真的,於是就帶著宗晴晴來找楊教授和楊爍。

    兩人玩歸玩,鬧歸鬧,但別把感情開玩笑,這還發展出真感情了。

    宗教授心中很不是滋味,自己的寶貝孫女,竟然被楊爍這小癟犢子摘了。

    他越是看楊爍就越是不順眼,連帶著,以前看楊教授不順眼,現在更不順眼。

    這一家子沒一個好的,楊教授把卓越帶走了,楊爍又把自己孫女帶走了,簡直是過分。

    “老宗啊!”許久後,楊教授打破平靜,道“我看他們在一起很合適嗎!”

    對於楊爍和宗晴晴在一起,楊教授心裏樂開花了,自己和宗教授鬥了這麽多年,沒想到是自己孫子為自己扳回來一局。

    “屁!”宗教授憤怒的道“楊書癡,這事你想都別想,你孫子想娶我孫女,你還是去睡覺吧,夢裏什麽都有。”

    “老宗,咱們都是高級知識分子,你可別思想老古董啊,現在年輕人都講究自由戀愛,你也要與時俱進。”

    “我可以讓晴晴自由戀愛,但就是不能選你老楊家的人。”

    “我家怎麽了?我家是配不上你家了?”楊教授瞪眼道“你我都是同一所大學的教授,他們的父輩也是實力相當,我們兩家可以說是門當戶對,你說我家是哪一點不如你家?”

    “反正就是不行!”宗教授梗著脖子道。

    他其實對楊爍挺滿意的,他是對楊思理有意見。

    兩人爭鬥了這麽多年,前段時間更是因為卓越而失敗。

    當然,最後楊思理也沒得到好,卓越最後去麻省了。

    但他是嫁孫女,還是嫁給楊思理的孫子楊爍,以後就是楊家人了,這看上去自己就低楊思理一頭了。

    他心中很是煩躁!

    這時,門被敲響,楊老夫人從屋裏走出來,看在客廳中大眼瞪小眼的兩人道“你倆行了啊,他們兩個年輕人談戀愛就讓他們談唄。”

    楊老夫人年輕時是才女,當時和宗教授,還有楊教授是同學,所以三人從年輕時就認識了。

    說完就去開門。

    “卓越!”楊老夫人驚喜的道“你可好久沒來了啊!”

    “師母!”卓越道“老師在嗎?”

    “在呢,宗教授也在!”

    “宗教授也在,我也好久沒看到宗教授了。”

    說著卓越走進屋,但一看眼前情形就感到不對。

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