湍流切應(yīng)力簡(jiǎn)介

湍流切應(yīng)力是與湍流動(dòng)量輸送相伴隨的表現(xiàn)應(yīng)力，是由湍流強(qiáng)度漲落引起的。以u(píng)’，v’，w’分別表示直角坐標(biāo)三個(gè)方向的湍流速度，各湍流速度分量乘積的平均值再乘上空氣密度ρ就是對(duì)應(yīng)方向的湍流動(dòng)量通量。例如 表示u’方向的動(dòng)量在w’方向的輸送通量，根據(jù)牛頓第二定律也就是對(duì)u’方向的流動(dòng)所施加的湍流應(yīng)力。湍流應(yīng)切力既代表了湍流動(dòng)量輸送，同時(shí)產(chǎn)生應(yīng)切力作功使湍流從平均運(yùn)動(dòng)源源不斷地取得動(dòng)能，對(duì)湍流動(dòng)能的基本特征起著決定性的作用。2100433B

物體由于外因(受力、濕度變化等)而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置恢復(fù)到變形前的位置。在所考察的截面某一點(diǎn)單位面積上的內(nèi)力與單位面積之比稱為應(yīng)力。應(yīng)力的量值等于單位面積上內(nèi)力量值。同截面相切的力稱為剪應(yīng)力或切應(yīng)力。

切應(yīng)力實(shí)質(zhì)上并不是力，和壓強(qiáng)單位相同，而出于習(xí)慣，可以將切應(yīng)力當(dāng)作力來(lái)稱呼，但是需要強(qiáng)調(diào)為“單位面積上的切應(yīng)力”。

切應(yīng)力流體力學(xué)

在液體層流中相對(duì)移動(dòng)的各層之間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力的方向一般是沿液層面（指液體流動(dòng)時(shí)，流向視為一個(gè)倒圓柱時(shí)，該圓柱的橫截面）的切線，流動(dòng)時(shí)液體的變形是這種力所引起的，因此叫做切變力（又叫剪切力），單位面積上的切變力與單位面積之比叫做切應(yīng)變力，又稱切應(yīng)力。

流體力學(xué)中，切應(yīng)力又叫做粘性力，是流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于流體的粘性，一部分流體微團(tuán)作用于另一部分流體微團(tuán)切向上的力。

切應(yīng)力材料力學(xué)

切應(yīng)力的量值等于單位面積上剪力的量值。

桿件切應(yīng)力最大處：桿件的中心軸線。

在剪切面上，切應(yīng)力的實(shí)際分布比較復(fù)雜。為了計(jì)算上的方便，在剪切實(shí)用計(jì)算中，假設(shè)切應(yīng)力τ均勻地分布在剪切面上。按此假設(shè)算出的平均切應(yīng)力稱為名義切應(yīng)力，一般就簡(jiǎn)稱為切應(yīng)力。所以剪切構(gòu)件橫截面上的切應(yīng)力可按下式計(jì)算：

式中：

只有某個(gè)滑移系上的切應(yīng)力

這就是施密特（Schmid）臨界切應(yīng)力定律。氣稱為臨界切應(yīng)力，它表示晶體對(duì)滑移變形的抗力，從這個(gè)意義上來(lái)看，它類似于晶體的彈性模量E或G。但是

下面考察承受拉伸的單晶體發(fā)生滑移變形時(shí)所需的拉應(yīng)力。如圖1所示，設(shè)拉力P的作用方向與滑移面的法線N的夾角為φ，與滑移方向t的夾角為λ，試樣的橫截面積為A₀，則拉力P在滑移系上引起的分切應(yīng)力為：

以式

具有多個(gè)滑移系的晶體受力發(fā)生滑移變形時(shí)，滑移將首先在軟取向的滑移系上進(jìn)行。hcp金屬的滑移系較少，因此在不同方向拉伸hcp單晶時(shí)，流動(dòng)應(yīng)力變化較大。fcc金屬有較多的滑移系，在不同方向拉伸時(shí)，流動(dòng)應(yīng)力變化不大，變化范圍最多也不超過(guò)2倍。bcc金屬也有較多的滑移系，情況與fcc金屬相似。

湍流在空氣動(dòng)力學(xué)中指的是短時(shí)間(一般少于10min)內(nèi)的風(fēng)速波動(dòng)。為了有效地描述風(fēng)，將它認(rèn)為是通過(guò)天氣、晝夜、季節(jié)的平均風(fēng)速和湍流的風(fēng)速波動(dòng)疊加構(gòu)成的。這些風(fēng)速波動(dòng)的周期一般為一到幾個(gè)小時(shí)，在10分鐘，湍流波動(dòng)的平均值為零。

湍流產(chǎn)生的原因主要有兩個(gè):一個(gè)是當(dāng)氣流流動(dòng)時(shí)，由于地形差異(如山峰)造成的與地表的摩擦或者阻滯作用;另一個(gè)是因?yàn)榇髿鉁囟炔町惡涂諝饷芏炔町愐鸬臍饬鞔怪绷鲃?dòng)。通常這兩種原因彼此影響。例如，當(dāng)氣流經(jīng)過(guò)高山時(shí)就會(huì)被迫流向溫度較低的地區(qū)，這時(shí)氣流與大氣環(huán)境的熱平衡被打破，引起風(fēng)速波動(dòng)。

湍流顯然是一個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)過(guò)程，并且不用簡(jiǎn)單明確的方程來(lái)表示，我們能可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)研究湍流。針對(duì)湍流統(tǒng)計(jì)規(guī)律的描述有很多，關(guān)鍵在于找出是湍流強(qiáng)度和陣能哪一種夠在實(shí)際工程中得到最好的應(yīng)用，最簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)描述就是湍流度和風(fēng)因子。其中，湍流強(qiáng)度是對(duì)湍流總體水平的度量。