鋸鯊目

[拼音]：tuanliu

[英文]：turbulent flow

區域性速度、壓力等力學量在時間和空間中發生不規則脈動的流體運動，又稱為紊流。湍流是在大雷諾數下發生的，其基本特徵是流體微團運動的隨機性。湍流微團不僅有橫向脈動，而且有相對於流體總運動的反向運動，因而流體微團的軌跡極其紊亂，隨時間變化很快（見圖）。湍流中最重要的現象是由這種隨機運動引起的動量、熱量和質量的傳遞，其傳遞速率比層流高好幾個數量級。

湍流利弊兼有。一方面它強化傳遞和反應過程；另一方面極大地增加摩擦阻力和能量損耗。鑑於湍流是自然界和各種技術過程中普遍存在的流體運動狀態（例如，風和河中水流，飛行器和船舶表面附近的繞流，流體機械中流體的運動，燃燒室、反應器和換熱器中工質的運動，汙染物在大氣和水體中的擴散等），研究、預測和控制湍流是認識自然現象，發展現代技術的重要課題之一。湍流研究主要有兩類基本問題：闡明湍流是如何發生的；瞭解湍流特性。由於湍流運動的隨機性，研究湍流必需採用統計力學或統計平均方法。研究湍流的手段有理論分析、數值計算和實驗。後二者具有重要的工程實用意義。

湍流理論

中心問題是求湍流基本方程納維－斯托克斯方程的統計解。由於此方程的非線性和湍流解的不規則性，湍流理論成為流體力學中最困難而又引人入勝的領域。雖然湍流已經研究了一百多年，但是迄今還沒有成熟的精確理論，許多基本技術問題得不到理論解釋。

1895年，O.雷諾首先採用將湍流瞬時速度、瞬時壓力加以平均化的平均方法，從納維－斯托克斯方程匯出湍流平均流場的基本方程──雷諾方程，奠定了湍流的理論基礎。以後發展了（以混合長假設為中心的）半經驗理論和各種湍流模式，為解決各種迫切的技術問題提供了一定有效的理論依據。20世紀30年代以來，湍流統計理論，特別是理想的均勻各向同性湍流理論獲得了長足的進步，但是離解決實際問題還很遠。60年代以來應用數學家採用泛函、拓撲和群論等數學工具，分別從統計力學和量子場論等不同角度，探索湍流理論的新途徑。70年代以來，由於湍流相干結構（又稱擬序結構）概念的確立，專家們試圖建立確定性湍流理論。關於湍流是如何由層流演變而來的非線性理論，例如分岔理論、混沌理論和奇怪吸引子等最近有了重要進展。

湍流數值計算

實質上是求湍流基本方程的數值解。一方面湍流理論困難很大，另一方面湍流問題的可解性隨著計算機效能的提高而增大，因而湍流數值計算的作用越來越重要。以前湍流數值計算主要以半經驗理論為基礎。60年代以前，積分方法和常微分方程方法成為工程技術部門的常規演算法。60年代中期以後，由於高速電子計算機的應用，提出了各種複雜的湍流模式和計算方法，偏微分方程方法獲得了迅速發展。特別是，70年代以來，由於第四代巨型高速計算機的使用，湍流數值計算向大規模的數值模擬的更高階段發展。可以預料，隨著計算機的進步，湍流數值計算將有更大的發展。

湍流實驗

在可控的實驗條件下，利用各種測試儀器和資料處理系統，測量湍流的特徵參量或顯示流場。湍流實驗不僅可以直接取得有用的技術資料，而且是認識湍流結構，發展湍流新概念新模式的手段。20世紀30年代熱線風速儀的發明，使人們可以測量湍流的脈動速度，檢驗並發展理論和半經驗理論。50年代隨著電子儀器的完善，實驗側重於研究湍能的譜分佈，特別是湍流的精細結構。60年代中期以後，由於改善了流場顯示技術，採用了條件取樣方法，發現不規則的湍流中存在著有一定秩序的大尺度相干結構。從此湍流相干結構成為湍流實驗的新課題。（見湍流理論，湍流數值計算，湍流實驗）

參考書目

J. O. Hinze， Turbulence， 2nd ed.， McGraw-Hill， NewYork， 1975.