空气湍流简介

湍流是流体的一种流动状态。空气湍流与管道的形状、大小以及管道的材料有关。在化工原理中常用雷诺准数来判断流体的流动状况。

对于一般的管道，当雷诺数Re＜2300时，流体流动形态为层流状态。此时，流体分层流动，互不混合。当Re＞4000时，流体流动形态为湍流状态。此时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。不规则运动，空气湍流就是属于这种情况。当Re＝2300～4000时，流体流动形态为过渡状态。

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湍流在空气动力学中指的是短时间(一般少于10min)内的风速波动。为了有效地描述风，将它认为是通过天气、昼夜、季节的平均风速和湍流的风速波动叠加构成的。这些风速波动的周期一般为一到几个小时，在10分钟，湍流波动的平均值为零。

湍流产生的原因主要有两个:一个是当气流流动时，由于地形差异(如山峰)造成的与地表的摩擦或者阻滞作用;另一个是因为大气温度差异和空气密度差异引起的气流垂直流动。通常这两种原因彼此影响。例如，当气流经过高山时就会被迫流向温度较低的地区，这时气流与大气环境的热平衡被打破，引起风速波动。

湍流显然是一个复杂的随机过程，并且不用简单明确的方程来表示，我们能可以通过统计规律来研究湍流。针对湍流统计规律的描述有很多，关键在于找出是湍流强度和阵能哪一种够在实际工程中得到最好的应用，最简单的统计描述就是湍流度和风因子。其中，湍流强度是对湍流总体水平的度量。

在进行CFD数值模拟的时候，往往需要估计计算入口处湍流强度的数值。如果想估计的准，必须要进行一些实际的测量或者要有一定的实际经验。以下是一些估计计算入口湍流度的方法。

1. 较高湍流度的情况：在复杂几何形状内部进行的高速流动一般湍流度在5%---20%。比如热交换机，涡轮，压缩机等。

2. 中度湍流度的情况：在类似于较粗的管子内流动的不太复杂的流动，较低速度(雷诺数)流动等。此时一般来说湍流度在1%---5%。

3. 低湍流度的情况：来源于静止的气流的流动。比如，汽车相对与静止的空气在运动，潜水艇外部的流动，航空飞行器的飞行。当然，高质量的风洞也可以产生较低湍流度的流动。此时湍流度一般都低于1%。对于无风时的时候，相对于航空飞行器的空气的湍流度大约为万分之八。