管流中湍流速度分布函数.pdf

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1、2013年8月中国矿山工程第42卷第4期ChinaMineEngineering·63·管流中湍流速度分布函数Thedistributionfunctionofturbulentvelocityinpipeflow暨朝颂(北京科技大学，北京100083)摘要：应用笔者的“湍流空间位置特征长度理论”和管流中雷诺应力结构方程，建立了管流中湍流速度分布函数。该分布函数不仅能确定管流中的速度分布，而且还能为管道的流量控制测量和管道摩擦阻力系数的测定提供全新的原理与简易的方法，为矿山巷道通风过程数学模型的建立提供可靠的理论基础

2、，为管道流动能系数的确定提供计算方法。同时，应用特征长度理论，建立了湍流边界层区域的总切应力公式和速度分布函数。关键词：空间位置特征长度；雷诺应力结构；边界湍流速度；波纹速度Abstract：Applingtheauthor’stheoryofturbulentcharacteristiclengthinspacesiteandthestructureequationofReynolds’shearingstressinpipeflow，thedistributionfunctionofvelocityinpipef

3、lowwassetup．Thefunctionnotonlycanbeusedtodeterminetheflowvelocitydistributioninpipe，butalsoprovideabrand—newprincipleandsimplifiedwaytocontrolsurveyingthepipeflowquantityanddeterminethefrictioncoeficientofpipe．Itprovidesareliableprinciplefoundationtoestablishma

4、thematicalmodeloftunnelventilationprocessandacalculationwaytodeterminethekineticenergycoeficientofpipeflow．Theformulaoftotalshearingstressandthefunctionofvelocitydistributionintheturbulentboundaryregionhavebeenestablishedsimuhaneouslybyusingthecharacteristiclen

5、gththeory．Keywords：characteristiclengthinspacesite；structureofReynolds’shearingstress；bounda~turbulentvelocity；ripplevelocity1湍流空间位置特征长度理论概述管流中脉动速度是湍流的一种特征速度，它围绕着时均速度，同时沿着轴向和径向脉动。时均速度及其轴向与径向脉动速度乘积的时均值u，取决于该流体微团所处空间位置的坐标Y，利用它们之间的反函数、导函数和复函数的关系，以及量纲分析方法，得出管流中雷诺应力

6、公式如下¨：r=一p=pzfdtt1(1)、uy／Z=ky(2)式中：p——流体的密度；z——空间位置特征长度；——无量纲的实验系数。由(1)式可以看出：在湍流边界层中，它的起点和倾向都是正确的，但其斜率太小，需根据实际情况加以修正。该层区域中的分子粘性应力不能忽略，故(1)式的右侧需增加一项分子粘性应力，此时的表示湍流边界层的总切应力；在湍流核心区，分子粘性应力可忽略不计，(1)式适合用来研究雷诺应力。但又由于切应力的结构反转，雷诺应力随Y值的增大而减小，故必须用笔者的雷诺应力结构方程加以修正，最后得出：·64·中

7、国矿山工程2013年(第42卷)将(10)式中的u和(12)式中的“代入(13)式，r=一+p2()(3)得：pz()=丁ypJ(4)=1一普÷√+÷√√一寺)(4)式中：I，——单位质量流体沿管道单位长度的压降，(14)式是管道中流速分布的一个理论公式，必须用称为比压降。实验数据进行如下的校正。2管流中湍流速度分布函数2．1截面平均速度相对坐标的校正许多实验都已证明，截面平均流速在速度图中将公式(2)中的f代入(4)式，整理后，得：的相对位置与管道的粗糙度无关。令=，r：r卅÷dy(5)和取一个校正指数k，，由公式

8、(14)得取边界条件：边界湍流速度坐标为Y=一(ro一)，2,／1一(1"m／r。)：16／15。根据雪伏列夫的实验资料，r／r。=0．76，将其代入该式，得k=1．2。再并考虑到y=一(r0一r)。公式(5)积分得：将k值代回公式(14)中设定的校正指数位置，求一=睾√吾(一)(6)得：式中：rn——边界湍流速度的柱坐标；i=1-詈÷√÷+÷