涡旋理论发展及其在混凝过程中的应用论文

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1、涡旋理论发展及其在混凝过程中的应用论文摘要：环境水力学是由环境科学与水力学互相渗透，互相融合而发展起来的一门新兴学科。近二十年来，随着社会的需要，环境水力学科发展的很快。本文首先介绍了环境水力学研究的现状、发展趋势和面临的问题，然后就环境水力学中的涡旋现象，根据水力旋流理论及絮凝动力学的微涡旋理论，对混凝机理的进行了初步的研究，同时对涡旋在混凝过程中的应用做了一个全面的综述.freelson)定理：在有势质量力的作用下，在理想的正压性流体中，沿任何封闭流体围线的速度环量不随时间变化，即（3）由汤姆逊定理可以得出，如果理想流体从静

2、止状态开始流动，流动中始终沿相同流体质点组成的封闭围线线，它的速度环量等于零。根据斯托克斯定理，旋涡强度由速度环量度量。因此，在有势质量力的作用下，理想不可压缩液体，若初始没有旋涡，旋涡不可能在流动过程个自己产生；或者相反，若初始有旋涡，流动中也不会自行消失。如果从静止开始的流动，由于某种原因产生了旋涡，则在该瞬间必然会产生一个环量大小相等方向相反的旋涡，保持环量为零。实际上，只有存在着粘性的真实流体，旋涡才会产生和消失。因而，不能应用汤姆逊定理。但当粘性影响较小，且时间比较短的情况下，真实流体也可以应用畅姆逊定理。2.2.3涡

3、管特性的亥姆霍兹三定理亥姆霍兹(Helmho1ts)第一定理：在同一瞬时沿涡管长度，旋涡强度保持不变。这一定理说明，流动空间中的涡管，既不能突然中断，也不能突然产生。同样，涡管也不能以尖端形式出现，因为当Aj0时，必须有ωn∞，而这是不可能的，所以流体中的旋涡不能以尖端发生或告终。亥姆霍兹第一定理决定了在流动过程中涡管存在的形式，它只能自成封闭管圈，或者涡管的两端附在边界上。对于真实流体，由于粘性摩擦力消耗能量，涡管将在运动中逐渐消失。亥姆霍兹第二定理：在有势质量力作用下的正压性理想流体中，涡管永远保持相同的流体质点组成而不被破

4、坏。因为涡管表面上不可能有涡线通过，根据斯托克斯定理，沿封闭围线L的环量ГL＝0。又由汤姆逊定理，环量不随时间而变化，所以沿封闭围线入上环量保持为零。沿封闭围线L上环量保持为零。这说明在任何时候，都不可能有涡线穿过任何围线所包围的面积，所以，随时间变化，虽然涡管的形状会不断变化，但组成涡管的流体质点永远在涡管上，涡管能够保持不变而不被破坏。亥姆霍兹第三定理：在有势质量力作用下的正压性理想流体中，涡管的旋涡强度不随时间变化。亥姆霍兹第一定理说明同“瞬时沿涡管长度旋涡强度保持不变，它是斯托克斯定理的推论，说明同一瞬间空间上旋涡的变化

5、情况，这是个运动学的问题，对理想或粘性流体部成立。第二、第三定理说明涡管的旋涡强度不随时间改变、它由斯托克斯定理和汤姆姆逊定理加以证明。对于真实流体，粘性摩擦消耗能量会使旋涡强度逐渐减弱，因此，第二、三定理只适用于理想的正压流体。2.3涡旋速度和压强的分布10由流体微团形成的旋涡，可看作—个如同刚体那样转动的涡核。涡核(线)在静止流体中旋转时，由于流体的粘性作用，将带动周围的流体围绕涡核作圆周运动。显然，刚开始时。由于速度梯度大，存在比较大的粘性作用，以后逐渐减小，当周围运动稳定后，粘性作用就变得很小，这时流体粘性作用可以略去不

6、计，看作为理想流体。涡核在周围的流体中感生出速度，使在整个流域形成面生速度场(这种感生的流场是二元流动，流体只有由涡核感生的圆周运动)、所以流场内某点(r＞r0)的速度为（4）涡核内流体作有旋运功，不能应用拉格朗日积分。旋涡区内流线是以原点为圆心的同心园簇，可以沿流线应用伯努利方程，但这—方程不能解出不同流线间的压强分布，可采用欧拉运动微分方程积分求解。在旋涡区内愈靠近中心，压强P急骤降低，因此在旋涡中心处产生一个很大的吸力，对旋涡区外的流体具有抽吸作用。2.4涡旋的拉伸11湍流是有旋运动，湍流是由各种尺度的大小涡旋组合而成的。

7、湍流场中流体微团变形和旋转的强烈相互作用是湍流的重要机理。随涡旋拉伸，涡线改变方向等过程的进行，流场愈变得复杂起来，需要以随机理论进行分析。根据随机游动理论，一个随机运动的质点，在平均意义上，离开起点的距离是增加的，这意味着，位于给定涡线端点的两质点，在有随机扰动的流场中，它们之间的长度尽管会缩短，但平均起来总是增加的；涡旋总是拉伸的，涡量是增加的。涡旋发展的一个主要机理是涡旋的拉伸。下面分几点说明涡旋拉伸的性质及其产生的结果。(1)涡旋变形的影响以拉伸为主，拉伸导致涡量的强化。总的说来，元涡拉伸，断面缩小，涡量加强是主要的。(

8、2)涡旋拉仲的发展说明紊动必然是三维的。对于紊流，尽管时均流动可以是二维的，紊动则必然是三维的，即瞬时量必然是三维的。(3)涡旋拉伸的发展导致小尺度涡旋的各向同性。元涡在一个方向例如X1方向的拉伸缩小了断面而强化了涡量，其结果增大了另外两个方向的流速分量，这样使