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紊动扩散的欧拉法在环境水力学中的应用

时间:2023-11-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:现在用欧拉法研究紊流扩散。用欧拉法研究紊动扩散不是追踪扩散质的质点,而是研究流动空间中扩散质的浓度分布,即浓度场的确定。在第二章中已讨论过流动水体中的扩散——移流扩散问题,并且得出了移流扩散方程为在推导上述移流扩散方程时,实际上采用的是欧拉法。将代入式得到三维紊动扩散方程对二维紊动扩散方程方程变为对一维紊动扩散方程

紊动扩散的欧拉法在环境水力学中的应用

现在用欧拉法研究紊流扩散。用欧拉法研究紊动扩散不是追踪扩散质的质点,而是研究流动空间中扩散质的浓度分布,即浓度场的确定。

在第二章中已讨论过流动水体中的扩散——移流扩散问题,并且得出了移流扩散方程为

在推导上述移流扩散方程时,实际上采用的是欧拉法。当时仅仅是把问题限制为层流运动,而没有考虑流速场和浓度场脉动的存在。如果把该移流扩散方程中流速u和浓度C作为瞬时量,并引入时均量及脉动分量,则可将其转换为适合紊流情况的移流扩散方程。

其中代表任意空间点上的流速与浓度的时间平均值,u,C代表相应的瞬时值,u′,C′代表脉动值。

根据,代入式(3-19)并取时间平均,化简整理得:

上式与分子扩散比较可以看出,左边第二、三、四项为时均运动所产生的移流扩散项,右边第一、二、三项分别代表正交于x,y,z轴的单位面积在单位时间内脉动引起的传输的紊动扩散项。(www.xing528.com)

对于紊动扩散,最主要的是要找到紊动扩散通量与时间平均特性的联系,通常采用的方法是比拟分子扩散的费克定律,令

式中Ex,Ey,Ez为三个直角坐标方向的紊动扩散系数,一般来说它在不同方向具有不同值,并可能是空间坐标的函数。

将(3-21)代入(3-20)式得到三维紊动扩散方程

二维紊动扩散方程方程变为

对一维紊动扩散方程

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