世上所有的流动几乎都是湍流，因此湍流现象涉及自然界和工业界的方方面面。本书是为学生设计的、帮助他们从基础流体力学向湍流专业文献顺利过渡的著作，这在当时就具有先进的理念，而现在时间已证明了它的深远的影响。第1章绪论，介绍湍流的基本特性和分析方法；第2章介绍动量和热的湍流输运；第3章介绍湍流动力学；第4章介绍自由剪切流动，包括尾迹流、射流、混合层和热羽流；第5章介绍边界层流动；第6章介绍湍流的统计描述，为读者理解湍流的混沌和谱结构做准备；第7章介绍湍流输运，在第2章的基础上，更详细地研究湍流的输运过程，包括被动标量的输运；第8章介绍谱动力学。本书大量地使用量纲分析和相似理论，研究湍流的方法既避免复杂髙深的数学推导又避免实验的繁琐。本书帮助学生对于目标的物理理解，并加深他们对那些不能被严格求解的问题的凭直觉的洞察。
样章试读
目录
- 目录
第1章绪论 1
1.1湍流的本质 1
1.1.1不规则性 1
1.1.2扩散性 1
1.1.3高雷诺数 2
1.1.4三维涡量脉动 2
1.1.5耗散性 2
1.1.6连续性 3
1.1.7湍流是流动 3
1.2分析方法 3
1.2.1量纲分析 4
1.2.2渐近不变性 4
1.2.3局部不变性 5
1.3湍流的起源 5
1.4湍流的扩散 6
1.4.1在具有强加的长度尺度的问题里的扩散 6
1.4.2涡扩散性 8
1.4.3在具有强加的时间尺度的问题里的扩散 9
1.5湍流的长度尺度 10
1.5.1层流边界层 11
1.5.2扩散和对流的长度尺度 11
1.5.3湍流边界层 12
1.5.4层流和湍流摩擦 13
1.5.5湍流中的小尺度 14
1.5.6对于耗散率的无黏估计 15
1.5.7尺度关系 16
1.5.8分子尺度和湍流尺度 17
1.6本书的内容概要 18
习题 19
第2章动量和热的湍流输运 20
2.1雷诺方程 20
2.1.1雷诺分解 21
2.1.2相关变量 22
2.1.3关于平均流的方程 23
2.1.4雷诺应力 24
2.1.5热的湍流输运 25
2.2气体分子动力学要素 25
2.2.1单纯剪切流动 26
2.2.2分子碰撞 26
2.2.3特征时间和长度 28
2.2.4V1和V2之间的相关 29
2.2.5热扩散性 29
2.3雷诺应力的估计 30
2.3.1雷诺应力和旋涡伸长 30
2.3.2混合长度模型 32
2.3.3长度尺度问题 33
2.3.4一个被忽略的输运项 34
2.3.5混合长度作为一个积分尺度 34
2.3.6梯度输运谬误 36
2.3.7进一步估计 37
2.3.8概扩 38
2.4湍流传热 38
2.4.1雷诺比拟 38
2.4.2混合长度模型 39
2.5靠近刚性壁面的湍流剪切流动 40
2.5.1具有恒定应力的流动 41
2.5.2非零质量传递 42
2.5.3混合长度逼近 42
2.5.4混合长度理论的局限 44
习题 44
第3章湍流动 45
3.1平均流的动能理论 45
3.1.1单纯剪切流动 46
3.1.2黏性的影响 47
3.2湍流的动能理论 48
3.2.1生产等于耗散 49
3.2.2泰勒微尺度 50
3.2.3尺度絲 51
3.2.4谱能量传递 52
3.2.5进一步估计 53
3.2.6同湍流 54
3.2.7单纯剪切流动 56
3.3涡量动力学 57
3.3.1涡量矢量和旋转张量 58
3.3.2运动方程中的旋涡项 58
3.3.3雷诺应力和涡量 60
3.3.4涡量方程 62
3.3.5湍流里的涡量 64
3.3.6二维平均流 65
3.3.7*的动力学 65
3.3.8*的方程 66
3.3.9湍流是有旋的 67
3.3.10一个近似的涡量收支 68
3.3.11多尺度 70
3.3.12磁场线的伸长 70
3.4温度脉动的动力学 72
3.4.1温度场里的微尺度 73
3.4.2浮力对流 74
3.4.3理查森数 74
3.4.4浮力时间尺度 75
3.4.5莫宁-欧伯克霍夫长度 76
3.4.6大气边界层里的对流 76
习题 78
第4章自由剪切流动 79
4.1几乎平行的二维流动 79
4.1.1平面流动 79
4.1.2横流动量方程 81
4.1.3流向动量方程 82
4.1.4湍流尾迹 83
4.1.5温流射流与混合层 84
4.1.6动量积分 84
4.1.7动量厚度 86
4.2湍流尾迹 86
4.2.1自我保存 86
4.2.2平均速度分布 88
4.2.3轴对称尾迹流 90
4.2.4 尺度关系 91
4.2.5湍流能量收支 92
4.3自我推进物体的尾迹 95
4.3.1平面尾迹流 96
4.3.2轴对称尾迹流 97
4.4湍流射流与混合层 98
4.4.1混合层 98
4.4.2平面射流 99
4.4.3能量收支 100
4.5尾迹流、射流和混合层的结构比较 102
4.6热羽流 104
4.6.1二维羽流 105
4.6.2自我保存 108
4.6.3热通量积分 109
4.6.4进一步的结果 109
习题 111
第5章受限于壁面的剪切流动 112
5.1多尺度问题 112
5.1.1惯性底层 112
5.1.2速度亏损律 114
5.2管道和通道中的湍流 114
5.2.1通道流动 114
5.2.2光滑壁面上的表面层 117
5.2.3核心区 117
5.2.4惯性底层 118
5.2.5对数摩擦率 120
5.2.6管道里的湍流流动 120
5.2.7管道流动的实验数据 121
5.2.8黏性底层 122
5.2.9壁面律的实验数据 123
5.2.10速度亏损律的实验数据 124
5.2.11能量的流动 125
5.2.12粗糙表面上的流动 126
5.3行星边界层 127
5.3.1地转风 127
5.3.2埃克曼层 128
5.3.3速度亏损律 129
5.3.4表面层 130
5.3.5对数风速分布 130
5.3.6海洋里的埃克曼层 131
5.4压力梯度对表面层里流动的影响 131
5.4.1对管流的二阶修正 134
5.4.2对数速度分布的斜率 136
5.5湍流边界层的下游发展 137
5.5.1势流 138
5.5.2边界层里的压力 140
5.5.3边界层方程 140
5.5.4平衡流 142
5.5.5壁面层里的流动 143
5.5.6壁面律 143
5.5.7对数摩擦律 143
5.5.8压力梯度函数 144
5.5.9自由流线速度分布 146
5.5.10零压力梯度边界层方程 147
5.5.11标量的输运 150
习题 151
第6章湍流的统计描述 152
6.1概率密度 152
6.2傅里叶变换和特征函数 156
6.2.1尖峰和不连续性的影响 157
6.2.2帕塞瓦尔关系 160
6.3联合统计和统计的独立性 160
6.4相关函数和谱 163
6.4.1平均收敛 164
6.4.2遍历 165
6.4.3p(T)的傅里叶变换 166
6.5中心极限定理 168
6.5.1积分的统计 170
6.5.2定理的一般化 171
6.5.3积分的更多统计 171
习题 172
第7章湍流输运 174
7.1在均匀固定湍流中输运 174
7.1.1平稳性 174
7.1.2无平均速度的固定、均匀湍流 175
7.1.3拉格朗日速度的概率密度 176
7.1.4拉格朗日积分尺度 178
7.1.5扩散方程 179
7.2剪切流中的输运 179
7.2.1均匀剪切流 179
7.2.2联合统计 181
7.2.3通道内的纵向扩散 182
7.2.4管道中整体速度测量 183
7.3污染物的离散 183
7.3.1浓度分布 184
7.3.2分子输运的效果 185
7.3.3单纯稳定应变的效果 186
7.3.4大尺度下的输运 188
7.4演化流中的湍流输运 188
7.4.1网格湍流中的热尾迹 188
7.4.2自我保存 189
7.4.3相对于衰减湍流的离散 191
7.4.4高斯分布 191
7.4.5剪切流中的离散 192
习题 192
第8章谱动力学 193
8.1一维和三维谱 193
8.1.1一维谱中的混淆 193
8.1.2三维谱 194
8.1.3相关张量和它的傅里叶变换 194
8.1.4两个常见的一维谱 195
8.1.5各向同性关系 197
8.1.6各向同性简单波的谱 198
8.2能量串级 199
8.2.1谱能量传递 200
8.2.2一个简单涡 201
8.2.3能量串级 202
8.3湍流谱 203
8.3.1在平衡范围的谱 204
8.3.2大尺度谱 205
8.3.3惯性子界 205
8.4生产和耗散的影响 208
8.4.1耗散的影响 209
8.4.2生产的影响 210
8.4.3对于高雷诺数的近似谱 211
8.5时间谱 213
8.5.1惯性子界 215
8.5.2拉格朗日积分时间尺度 216
8.5.3一个近似拉格朗日谱 216
8.6被动标量的谱 217
8.6.1一维和三维谱 217
8.6.2温度谱中的串级 219
8.6.3在平衡范围的谱 219
8.6.4惯性—扩散子界 220
8.6.5黏性—对流子界 221
8.6.6黏性—扩散子界 221
8.6.7小结 222
习题 222
参考文献 224
索引 229
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