北京大学考研资料—大气动力学基础课件资料(11)

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1、第4章大气边界层大气边界层：紧靠地球表面的1-3公里的大气层。该层占有10%的大气质量。1、该层在地-气和海-气相互作用过程中起有重要作用。2、湍流运动该层的显著特征。3、摩擦力与气压梯度力、科氏力同等重要。laminartransitionalTransitional/turbulentturbulentReynolds,1883§1雷诺平均方程组Reynolds实验，1883：管中流动的层流、湍流。Reynlds,1895:提出湍流运动方程组可以通过两次平均得到：对分子运动平均对湍涡运动平均瞬时运动

2、平均运动湍流脉动平均指统计平均、或时空平均，气象上多用时间平均§1雷诺平均方程组平均规则：S可以是x,y,z,t§1雷诺平均方程组简化：状态方程连续性方程：§1雷诺平均方程组平均动量方程：式中：§1雷诺平均方程组得到最后一步时，利用了脉动运动满足的连续性方程。注意§1雷诺平均方程组湍流摩擦力：雷诺应力张量：§1雷诺平均方程组雷诺应力的意义：表示作用在垂直z轴的平面上的应力在x方向的分量，由垂直向速度的脉动造成x向脉动量的向下输送，单位时间经过单位面积的动量净通量。§1雷诺平均方程组湍涡脉动所引起的位温的

3、输送，即湍流热传导。平均热力学能量方程§1雷诺平均方程组封闭问题：从数学上讲，大气方程组的平均，关于平均量的方程不是封闭的，原因是非线性。从物理上讲，平均大气方程组不封闭，完全是脉动运动（随机运动）引起的。要它封闭，就必须知道随机运动的规律。普朗特混合长理论（1925）：分子，随机运动。存在一自由程。在自由程内，分子保持自己的属性；超过自由程，分子和分子发生碰撞就失掉它原来的属性。湍涡，随机运动。存在一混合长。在混合长内，湍涡保持自己的属性不变。超过混合长，湍涡和四周流体发生混合，失掉自己原来的属性。§

4、1雷诺平均方程组z-lz---(垂直)湍流粘性系数§1雷诺平均方程组对称性：-----水平湍流粘性系数§1雷诺平均方程组§1雷诺平均方程组若流体均质不可压，且K，Kh与空间无关：若，湍流粘性力的表达式就与不可压流体的分子粘性力的表达式完全一样，所不同的，湍流粘性系数比分子粘性系数要大五到六个量级。§1雷诺平均方程组求湍流粘性系数K：设由，得l由经验给出。故，混合长理论，又称为半经验理论。§1雷诺平均方程组------垂直湍流热传导系数------水平湍流热传导系数同理：