2010湍流概论（中英文）（2011）

1、天津大学湍流概论课程教学大纲课程编号：课程名称：湍流概论学 时：32学 分：2.0学时分配：授课：32 上机： 实验： 实践： 实践（周）： 授课学院：机械学院适用专业：工程力学先修课程：流体力学、粘性流体力学一、课程的性质与目的通过本课程的学习，使学生树立用发展的观点，与时俱进的观点研究湍流的思想，要善于通过学科交叉与融合，引进新思想、新理论、新方法研究湍流，要了解目前湍流研究的前沿课题和发展方向，通过学研结合、加强实践环节，培养和提高学生从事湍流研究的能力。二、教学基本要求通过本课程的学习，应当使学生首先认识湍流运动的基本特征、基本规律、基本描述方法和基本研究方法，这是研究和应用湍流理论的

2、基础。在此基础上，进一步掌握湍流的基本方程、湍流分析理论和方法、湍流测量技术。最后，要求学生了解目前湍流研究的前沿课题和发展方向，包括湍流的现代高级数值模拟技术（直接数值模拟和大涡模拟），湍流现代模式理论，湍流相干结构，湍流现代统计理论模型，湍流测量的新技术和新成果。三、教学内容第一章：湍流概述第一节：湍流现象与湍流的产生第二节：湍流的外在特征与湍流本质第三节：湍流研究的方法与湍流研究的历史回顾第四节：湍流与现代工程技术进步第二章：湍流物理第一节：湍流物理第二节：湍流的唯象理论第三节：湍流的相关与尺度第三章：湍流的实验测量第一节湍流中的特征尺度及其测量第二节湍流数字信号处理第三节湍流的热线测量

3、第四节湍流的激光测速第五节湍流的流动显示第六节PIV及其进展第四章：湍流基本方程 第一节：研究湍流的平均方法第二节：湍流的平均运动方程第三节：湍流的脉动方程与湍动能方程第四节：雷诺应力微分方程第五节：湍流耗散率微分方程第六节：湍流涡量动力学与平均标量方程第七节：湍流中的输运与扩散第八节：梯度扩散与涡黏性假设第五章：工程湍流模式及其应用 第一节：湍流关联的模拟原则第二节：湍流经典模式理论（零方程模型）涡黏性模型与混合长度理论第三节：雷诺应力微分模型第四节：代数应力模型第五节：k-模型与一方程模型第六章：湍流统计理论第一节：湍流中的关联函数第二节：湍谱分析、K-H方程与能谱方程第三节：湍流的平衡与

4、衰减 第四节：湍流结构的间歇性与局部相似理论 第五节：湍流中的结构、尺度、及能量串级理论 第六节：湍流层次结构理论与湍流奇异标度律第七章：湍流高级数值模拟第一节：湍流的分辨率与计算机技术第二节：湍流的大涡模拟第三节：湍流的亚格子尺度模型 第四节：湍流直接数值模拟第八章 剪切湍流第一节：圆柱尾流第二节：自由湍射流第三节：湍流边界层第四节：湍流相干结构四、学时分配教学内容授课上机实验实践实践(周)第一章：湍流概述4第二章：湍流物理4第三章：湍流的实验测量2第四章：湍流基本方程6第五章：工程湍流模式及其应用6第六章：湍流统计理论2第七章：湍流高级数值模拟2第八章 剪切湍流6总计：32五、评价与考核方

5、式平时成绩20%，期末考试80%六、教材与主要参考资料1S. Pope, “Turbulent Flows,” Cambridge University Press, (2000).2H. Tennekes and J.L. Lumley, A First Course in Turbulence, MIT Press (1972). 3J.O. Hinze, Turbulence, McGraw Hill (1975). TU Syllabus for An Introduction to TurbulenceCode:Title:Semester Hours:32Credits:2.0Se

6、mester Hour StructureLecture：32 Computer Lab： Experiment： Practice： Practice (Week)：Offered by:School of Mechanical Engineeringfor:Engineering MechanicsPrerequisite:Fluid Mechanics， Viscous Fluid Dynamics1. Objective To provide the students with a fundamental understanding of turbulent flows. To fam

7、iliarize the students with the stochastic and chaotic nature of turbulence. To provide the students with the tools for modeling turbulent flows. To familiarize the students with the statistical theories of turbulence. To familiarize the student with simulation techniques in turbulent flows. To famil

8、iarize the students with applications of turbulence in industry and environment.2. Course DescriptionFundamental aspects of turbulent flow will be discussed. Examples will be drawn from experimental and numerical studies of homogeneous turbulence, mixing layers, jets, wakes and boundary layers. Appl

9、ications in engineering and in nature will be considered. Analytical tools to describe turbulent flows and associated mixing will be studied.3. TopicsChapter1 An introduction to turbulent flowsTurbulence phenomena and turbulence productionTurbulence character and turbulence natureTurbulence research

10、 method and history reviewTurbulence research and modern engineering-technology advanceChapter 2 PHYSICS OF TURBULENCEPhysics of TurbulencePhenomenological TheoriesCorrelation and Characteristic ScalesChapter 3 Turbulence experiments and measurement The characteristic scale and measurement in turbul

11、enceTurbulence digital signal processHot-wire anemometryLaser Doppler velocimetryFlow visualizationParticle Image velocimetryChapter 4 Mean flow equations Turbulence average methodsReynolds mean equationsFluctuation equation and turbulent kinetic energy equationReynolds stress equationsTurbulence di

12、ssipation Vorticity Dynamics and mean scalar equationTurbulent transfer and diffusionGradient diffusion and eddy-viscosity hypothesisChapter 5 TURBULENCE MODELINGZero Equation Models Eddy ViscosityMixing Length Hypothesis ModelsStress Transport ModelsSecond-order ModelingChapter 6 Statistical theory

13、 of turbulenceThe energy cascade and Kolmogorov hypothesisFourier spectra and energy spectrumKarman-Howarth EquationsKolmogorov spectra, Inertial subrange and dissipation spectra Structure function and scaling law Intermittency and anomalous scaling law Chapter 7 Advanced numerical simulationDirect

14、SimulationsLarge-Eddy SimulationsSubgrid-Scale ModelingChapter 8 Turbulent shear flowsFree Shear FlowsWall-bounded Shear FlowsBoundary Layer FlowsCoherent structure4. Semester Hour StructureTopicsLectureComputer Lab.ExperimentPracticePractice (Week)Chapter1 An introduction to turbulent flows4Chapter 2 PHYSICS OF TURBULENCE4Chapter 3 Turbulence experiments and measurement 2Chapter 4 Mean flow equations 6Chapter 5 TURBULENCE MODELING6Chapter 6 Statistical theory of turbulence2Chapter 7 Advanced numerical simulation2Chapter 8 Turbulent shear flows6Sum:325. GradingExam 1 10% ，Exam 2 10%