关于尼古拉兹实验问题的探讨.pdf

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1、2016年10月中国矿山工程第45卷第5期ChinaMineEngineering·8l·关于尼古拉兹实验问题的探讨DiscussionofthemistakesaboutNikuradseexperiment暨朝颂(北京科技大学，北京]00083)摘要：用理论与实验说明：尼古拉兹用实验两次修改了普朗特混合长度公式，一次是递增论的混合长度，一次是分区论的混合长度，但两次修改都存在错误；由于实验装置的管径是固定的，测得的数据不具普遍性。故得出结论：由于实验装置的管径是固定的、只测时均速度而不测脉动速度和根据拟定的错误公式进行的实验，在

2、混合长度理论中，尼古拉兹的实验结果都是不正确的。关键词：雷诺应力；湍流总切应力；时均速度；脉动速度；拥挤效应Abstract：TheoryandexperimenthaveillustratedthatthePrandtlmixinglengthformulahavingbeenrevisedtwicebyNikuradseexperimentiswronginwhichoneisinconstantincreasingtheory，anotherinsubregiontheoryofmixinglength；andowingtot

3、hepipediameterofexperimentequipmentbeingfixedthedatasurveyedhavenorepresentation，Henceitmaybeenobtainedaconclusionthatbecauseofthepipediameterofexperimentbeingfixed，onlydeterminingthetemporalmeanvelocitynotfluctuationandtheexperimentbeingmadeonthebasisofwrongformula，th

4、eresultsofNikuradseexperimentareincorrectinthemixinglengththeoryofPrandt1．Keywords：Reynoldsstress；turbulenttotalshearingstress；temporalmeanvelocity；fluctuationvelocity；crowdingeffect1日IJ吾在流体力学中，无论是普朗特的湍流混合长度理论，还是卡门理论及其公式都要引用尼古拉兹实验来证明其理论的正确性，而实验点都落在理论曲线上，一般看来达到了理论与实践的完美

5、统一，但对尼古拉兹实验是否正确的问题尚未见有研究发表。本文从3个方面指出和评论尼古拉兹实验的片面和局限：①1932年对普朗特混合长度的实验修正；②混合长度分区论的实验；③固定实验装置的管径带来的错误。2关于普朗特混合长度的实验修正普朗特混合长度理论公布后，流体力学界给予了高度的关注，既有赞赏者，也有人质疑。混合长度理论是建立在假设基础上的]：在气体中，一个分子在撞击另一个分子前所行经的平均距离称之为平均自由程(A)，用公式表示为：A=—旦一(1)0．499v式中：——气体分子算术平均速度；——气体分子粘性系数。普朗特想用上述气体分子

6、运动论来建立混合长度理论，设想流体微团的脉动振幅(即混合长度z)与脉动速度(“)成正比，即：，，d／Z～(2)·82·中国矿山工程2016年(第45卷)显然(2)式是普朗特设定的，并非根据原来的气体显然，尼古拉兹的这种修改，不但未能修正湍流核心分子运动论的(1)式建立的(气体分子自由程与速区的雷诺应力的结构，反而将其结构的直线分布改度成反比)。况且气体分子间存在空间，可以在其成了曲线分布，不符合J．拉夫的实测结果和雷诺应间自由穿越某一距离，分子运动是一种随机运动；而力的理论结构，也没有达到他修改的初衷：管轴心线流体微团的脉动是一种附

7、着在时均速度上的运动，上的雷诺应力为零。流体微团是互相紧挨在一起的，它们之间没有空间正确的实验方法不是用尼氏测量时均速度来修供其穿越。两者的物理概念并不一样，相互无可比改普氏的}昆合长度，而是要按J．拉夫测量脉动速度性。所以说：混合长度理论是假想而来，有悖于相似来确定雷诺应力的结构，彻底否定混合长度理论，如原理。同作者做的。尼古拉兹的错误可能是当时没有测量上述混合长度理论的雷诺应力公式如下：脉动速度的工具，只能测定时均速度并拟定公式(6)来做实验。这种拟定的公式又是建立在混淆的—p=pkz()=pl()(3)物理概念上的，所以得出了

8、后来的实验公式(5)。用微团的脉动距离定义的混合长度既不能理论计算，又无法实验测定，那么混合长度z又如何确定，3混合长度分区论的实验如果把管流中的雷诺应力结构分布分成湍流边普朗特于是提出了第二个假设(没有说理由)：近壁面处流体微团的混