网栅后均匀气--固两相湍流流动的光学测量中文摘要

本项目主要以实验研究为手段，以网栅后气—固两相流场为研究对象，利用先进的光学测量方法研究气—固两相流动中各相的流动特性，尤其是具有不同粒子松驰时间及浓度的颗粒的存在对气流湍动能沿流动方向衰减规律的影响，从而为气—固两相湍流模型的发展提供了有益的数据。目前就气—固两相流而言，理论研究和实验研究极不平衡，严重阻碍了理论模型的发展，对网栅后气—固两相流中各相湍动能衰减规律的研究，国内、外尚未见过报道，因此，本项目的研究处于学科前沿，具有十分重要的学术价值和应用前景。本项目基本上按预期的研究计划进行，并且达到了预期的研究目标。

有分量湍流动能和湍流总动能之分。湍流总动能随时间的变化体现湍流动能的净收支，是衡量湍流发展或衰退的指标。湍流扩散方差与分量湍流能量呈正比，是衡量湍流混合能力的重要指标。

湍流动能（TurbulenceKinetic Energy)是湍流模型中最常见的物理量（k）之一。

可以利用湍流强度估算湍流动能，其计算公式为：

式中：U—平均速度，I—湍流强度

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。