流体运动稳定性的简介

放肆笑 · 发表于昨天 13:28

某种形态的流体运动受初始扰动后恢复原来形态的能力。若运动能恢复原来形态，则流体的运动为稳定的，反之为不稳定的。1883年O.雷诺首次做了层流过渡为湍流的实验，后来人们认识到这种过渡是层流的一种失稳现象。不少自然现象和工程技术问题，例如台风形成、大气波动、边界层过渡、激光核聚变中球面压缩等，都涉及流体运动稳定性问题。
流体运动稳定性理论研究流体运动稳定的条件和失稳后流动的发展变化，包括过渡为湍流的过程。从理论上研究流体运动的稳定性时，常从扰动量【包括扰动速度等】变化着手。如果假定扰动为无限小，可建立小扰动理认，即线性化理论。如果扰动为有限值，可建立有限扰动理论。
层流向湍流过渡，必从失稳开始。但失稳后可能转变为另一种层流，而不一定过渡为湍流。Л.Д.朗道1944年提出一种可能的过渡形式：随着某流动参数【例如雷诺数】的逐渐增大，原先的层流失稳并变为另一种稳定层流。参数继续增大时，此层流将再失稳而变为另一种更复杂的层流，如此继续下去，终于失去层流的规则性而转变为湍流。这种过程称为重复分岔。小扰动理论可用于求第一个分岔点。对于某些流动，例如热对流和两同轴圆筒间的库埃特流，实验已证实存在第一和第二个分岔点。而另外一些流动，例如圆管中的泊肃叶流【见管流】，一旦失稳，总是立即转变为湍流。

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