大氣行星邊界層第七章-在線瀏覽
2025-07-17 23:53本頁面
【正文】 yx ???? ???????????????????????????????????????????????????????????????????)(11)(11)(11zzyzxzzyyyxyzxyxxxTzTyTxgzpwVtwTzTyTxufypvVtvTzTyTxvfxpuVtu??????????與瞬時方程相比，發(fā)現(xiàn)右邊多出了 9項： ijij uuT ???? ?T：湍流粘性應(yīng)力； i= 3 ——作用面方向； j= 3 ——力分量方向； 1=x。 3=z 1）作用于以 i軸為法向的平面上的湍流粘性 應(yīng)力在 j軸方向上的分量 2）由 i軸的正向往負(fù)向、通過以 i軸為法向的單位截面輸送的的 j方向的脈動動量通量的平均值 共 9項都是脈動量的二次乘積項的平均值。 3．狀態(tài)方程： 瞬時方程為： RTP ??設(shè) : ?? ?TRPeq ???.熱力學(xué)方程： QVtCdtdC pp ??T)(???? ???????TTTT???? ????39。令：Tln.QdtdC p ??QTVVtCVVVVVVeqTVVtCpp????????????????????????????????????????????????????????????????????????????)()()()2)()]()()([)1與瞬時方程比較：左邊多了 ——脈動量的二次乘積項。 ?????V?)(1 ????? ??????? VCQTdtdCpp??其中： )()( VCVCVC ppp ?????????????? ??? ?????? 定義： 量稱為湍流熱通量密度矢,?? ??? VChp??hQTdtdCp?????????? 1????????????????????????????????????wCvCuChhhhpppzyx?都是脈動量的二次乘積項。從而導(dǎo)致平均位焓下降輸出，由湍流運動引起凈位焓焓有凈輸出，說明湍流引起的脈動位010?????????hQTdtdChp??????水汽方程： 水汽的源??????? sqVtq ?同理得： )(1])([1)(1qVsqVtqVqqVsqVsqVtqsqVqVtq?????????????????????????????????????????????????????????????定義： ?????????????????????????????????qwqvquqqqqVqzyx??????脈動水汽的通量密度矢減少運平均水汽含量 動 引起水汽 凈輸 出脈 動0?????? q?由此可見 ，湍流作用表現(xiàn)為脈動量二次乘積項平均值 ——1）是統(tǒng)計量 2）體現(xiàn)的是湍流引起的物理量的輸送 第三節(jié) 湍流半經(jīng)驗理論 瞬時方程 平均方程 除了 6個未知量 Tpwvu , ?外，多了脈動量二次乘積項 求解過程中，如何處理？ 處理“脈動量的二次乘積項的平均值”有兩種方法 ???主流半經(jīng)驗理論高階矩閉合:1）高階矩閉合 用瞬時方程－平均方程 ）—（—同理：）—（—21)()(jijiuutwuutututu??????????????????????????kji uuutwuuw????????????????? )2()1(kji uuutwueq????????????.如此：得到某次乘積項，又出現(xiàn)更高次的，忽略高次 —— 閉合 ???）效果差（要舍去高階項計算量大缺點優(yōu)點：理論的，非經(jīng)驗的 2）半經(jīng)驗參數(shù)化理論 經(jīng)驗性的，基于假設(shè)。 參數(shù)化： 用大尺度運動物理量表示小尺度運動的影響； 如用參數(shù)化理論研究分子粘性： 牛頓分子粘性假設(shè)： dzduzx ?? ?用宏觀運動速度 u來表達由于分子無規(guī)則 運動引起的分子粘性力 具體到我們這里： 將脈動量的二次乘積項表達為平均運動量的函數(shù)，即： 方程組閉合???? ),( ?? PTwvufqu i如何用平均運動量來表達脈動量的二次乘積項？ 1． Prantal混合長理論： 由于湍流運動引起的物理量的輸送與分子運動情形非常相似，模仿分子運動理論 普朗特混合長理論。 在自由程中，分子物理屬性守恒，發(fā)生碰撞后，分子的物理屬性與其它分子進行了交換，屬性發(fā)生改變。 Prantal假設(shè)：湍渦在運動過程中并不和周圍發(fā)生混合，當(dāng)經(jīng)過混合長距離后才與周圍流體發(fā)生混合失去其原有屬性。 可見：這里的混合長類似于分子自由程。 混合長的定義： 湍渦在運動過程中失去其原有屬性前所走過的最長距離。 （ 2）湍渦的特性為原位置周圍介質(zhì)特性的平均值。 參數(shù)化： ∴ z高度上的 t時刻的脈動場： zulzulzuu?????????? )()(脈動量與平均量之間建立了聯(lián)系，脈動是由于平均物理量的分布不均勻（有梯度）引起的。運動本身有關(guān)，不是物湍流粘性系數(shù)：與湍流數(shù)；分子粘性系數(shù)：物質(zhì)常湍流粘性系數(shù) 設(shè)湍流運動“各向同性”的性質(zhì)，則： vuw ?????0,0。 穩(wěn)定、不穩(wěn)定、中性層結(jié) 一致 不穩(wěn)定 凈浮力與位移 相反 穩(wěn)定 為 0 中性 氣團垂直向受到凈浮力的作用 凈浮力取決于氣團與環(huán)境大氣的密度差 ,如： 氣團上升過程中，周圍氣壓減小，引起氣團膨脹（準(zhǔn)靜力過程） －－溫度密度減小。 凈浮力取決于氣團和環(huán)境哪個減小的更快。氣塊溫度干絕熱遞減率環(huán)境溫度垂直遞減率；＝－dzdTzTd??d?? ?)1d?? ?)2凈浮力與位移相反 穩(wěn)定層結(jié) —— 凈浮力抑制湍流運動的發(fā)展，作負(fù)功。 定義 Ri 數(shù)： 2)()(zVTgRid???? ???＝平均運動的湍能供給率散率反抗層結(jié)作功的湍能耗平均運動的湍能供給率： 0)( 2 ??? zV?反抗層結(jié)作功的湍能耗散率 ?????????負(fù)耗散即為供給。 由于近地面層中物理量的垂直通量輸送幾乎不隨高度變化，所以又稱近地面層稱為 常值通量層 。 在近地面層中， 常量?????????????uTzul
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