三組：污染物擴(kuò)散理論推薦課件

1、2021/8/221梯度輸送理論、梯度輸送理論、湍流統(tǒng)計(jì)理論與湍流統(tǒng)計(jì)理論與相似理論相似理論基本處理及比較基本處理及比較2021/8/222小組成員小組成員2021/8/223梯度輸梯度輸送理論送理論湍流統(tǒng)湍流統(tǒng)計(jì)理論計(jì)理論三種理三種理論體系論體系比較比較相似理論總述總述The end目目錄錄2021/8/22412021/8/225 梯度輸送統(tǒng)計(jì)理論梯度輸送統(tǒng)計(jì)理論2021/8/226 大氣擴(kuò)散的基本問題，是研究大氣擴(kuò)散的基本問題，是研究湍流與煙流傳播和污染物濃度衰減的關(guān)湍流與煙流傳播和污染物濃度衰減的關(guān)系問題。目前處理這類問題有三種廣泛系問題。目前處理這類問題有三種廣泛應(yīng)用的理論：梯度輸送

2、理論（簡稱理應(yīng)用的理論：梯度輸送理論（簡稱理論）、湍流統(tǒng)計(jì)理論和相似理論。論）、湍流統(tǒng)計(jì)理論和相似理論。 總述總述2021/8/227什么是湍流？什么是湍流？湍流現(xiàn)象湍流現(xiàn)象雜亂、隨機(jī)、無序雜亂、隨機(jī)、無序達(dá)芬奇描繪的湍流達(dá)芬奇描繪的湍流火山爆發(fā)火山爆發(fā)2021/8/228review time空氣污染物擴(kuò)散過程由空氣污染物擴(kuò)散過程由湍流湍流運(yùn)動運(yùn)動和和氣流平均速度差氣流平均速度差決定決定常用兩種方法描述常用兩種方法描述歐拉方法歐拉方法拉格朗日方法拉格朗日方法2021/8/229梯度輸送理論的基本處理梯度輸送理論的基本處理2021/8/2210 梯度輸送理論（理論）梯度輸送理論（理論） 德國科

3、學(xué)家菲克在德國科學(xué)家菲克在 年發(fā)表了一篇題為年發(fā)表了一篇題為“論擴(kuò)散論擴(kuò)散”的著名論的著名論文。在這篇論文中，他首先提出了梯度擴(kuò)散理論。他把這個理論表述為：文。在這篇論文中，他首先提出了梯度擴(kuò)散理論。他把這個理論表述為：“假定食鹽在其溶劑中的擴(kuò)散定律與在導(dǎo)體中發(fā)生的熱擴(kuò)散相同，是十分假定食鹽在其溶劑中的擴(kuò)散定律與在導(dǎo)體中發(fā)生的熱擴(kuò)散相同，是十分自然的。自然的?！彼越钥捎孟嗤臄?shù)學(xué)方程式描述。理論是通過泰勒與菲克所以皆可用相同的數(shù)學(xué)方程式描述。理論是通過泰勒與菲克擴(kuò)散理論的類比建立起來的。擴(kuò)散理論的類比建立起來的。 湍流梯度輸送理論進(jìn)一步假定，由大氣湍流引起的某物質(zhì)的擴(kuò)散，湍流梯度輸送理論進(jìn)一

4、步假定，由大氣湍流引起的某物質(zhì)的擴(kuò)散，類似于分子擴(kuò)散，并可用同樣的分子擴(kuò)散方程描述。為了求得各種條件下類似于分子擴(kuò)散，并可用同樣的分子擴(kuò)散方程描述。為了求得各種條件下某污染物的時(shí)、空分布，必須對分子擴(kuò)散方程在進(jìn)行擴(kuò)散的大氣湍流場的某污染物的時(shí)、空分布，必須對分子擴(kuò)散方程在進(jìn)行擴(kuò)散的大氣湍流場的邊界條件下求解。然而由于邊界條件往往很復(fù)雜，不能求出嚴(yán)格的分析解，邊界條件下求解。然而由于邊界條件往往很復(fù)雜，不能求出嚴(yán)格的分析解，只能在特定的條件下求出近似解，再根據(jù)實(shí)際情況修正。只能在特定的條件下求出近似解，再根據(jù)實(shí)際情況修正。2021/8/2211梯度輸送理論梯度輸送理論歐拉途徑歐拉途徑由湍流運(yùn)動引

5、起的由湍流運(yùn)動引起的局地質(zhì)量通量與該局地質(zhì)量通量與該地被擴(kuò)散物質(zhì)的平地被擴(kuò)散物質(zhì)的平均濃度梯度成正比，均濃度梯度成正比，方向相反，稱為方向相反，稱為梯梯度輸送理論度輸送理論,又稱又稱K理論。其中理論。其中 表示流表示流體密度體密度 表示擴(kuò)散表示擴(kuò)散物質(zhì)濃度。物質(zhì)濃度。xyzqu qKxqv qKyqw qKz 湍流湍流擴(kuò)散擴(kuò)散系數(shù)系數(shù) 122021/8/22梯度輸送理論梯度輸送理論歐拉途徑歐拉途徑xyzqu qKxqv qKyqw qKz 平均量與脈動量關(guān)系平均量與脈動量關(guān)系132021/8/22梯度輸送理論梯度輸送理論歐拉途徑歐拉途徑xyzqu qKxqv qKyqw qKz 歐拉途徑是利用

6、求解流體運(yùn)動規(guī)律歐拉途徑是利用求解流體運(yùn)動規(guī)律方程得出擴(kuò)散方程，而流體運(yùn)動規(guī)律方程得出擴(kuò)散方程，而流體運(yùn)動規(guī)律由雷諾方程確定，其中包含由雷諾方程確定，其中包含9個應(yīng)力項(xiàng)，個應(yīng)力項(xiàng)，未知數(shù)數(shù)量大于方程數(shù)，方程不閉合，未知數(shù)數(shù)量大于方程數(shù)，方程不閉合，梯度理論則是利用半經(jīng)驗(yàn)假設(shè)為前提梯度理論則是利用半經(jīng)驗(yàn)假設(shè)為前提減少未知數(shù)得到相應(yīng)擴(kuò)散方程。這也減少未知數(shù)得到相應(yīng)擴(kuò)散方程。這也是理論的最大缺陷。是理論的最大缺陷。注意！注意！142021/8/22梯度輸送理論梯度輸送理論歐拉途徑歐拉途徑湍流擴(kuò)散方程湍流擴(kuò)散方程()()()d qq uq vq wdtxyz ()()()xyzdqqqqKKKdtxx

7、yyzz梯度輸送理論梯度輸送理論152021/8/22梯度輸送理論梯度輸送理論歐拉途徑歐拉途徑 此式即為此式即為K理論導(dǎo)出的普遍形式湍流擴(kuò)理論導(dǎo)出的普遍形式湍流擴(kuò)散方程，它說明流體中某物質(zhì)的散布是由散方程，它說明流體中某物質(zhì)的散布是由湍流擴(kuò)散所引起的。對大氣擴(kuò)散問題的處湍流擴(kuò)散所引起的。對大氣擴(kuò)散問題的處理就成為在一定的邊界條件下求解方程的理就成為在一定的邊界條件下求解方程的問題，這就是問題，這就是K理論發(fā)展的推動力之一。理論發(fā)展的推動力之一。()()()xyzdqqqqKKKdtxxyyzz2021/8/2216梯度輸送理論梯度輸送理論歐拉途徑歐拉途徑特殊情況下的簡化及求解特殊情況下的簡化及

8、求解一一 無風(fēng)瞬時(shí)點(diǎn)源無風(fēng)瞬時(shí)點(diǎn)源1 推導(dǎo)假設(shè)前提：推導(dǎo)假設(shè)前提：假定大氣的靜止的，湍假定大氣的靜止的，湍 流擴(kuò)散系數(shù)為常數(shù)，且各向同性流擴(kuò)散系數(shù)為常數(shù)，且各向同性0wuK Kx x=K=Ky y=K=Kz z= =常數(shù)常數(shù)2021/8/2217梯度輸送理論梯度輸送理論歐拉途徑歐拉途徑若在若在t=0時(shí)，在坐標(biāo)原點(diǎn)釋放時(shí)，在坐標(biāo)原點(diǎn)釋放Q（克）的污染物質(zhì)，（克）的污染物質(zhì)，則滿足以下條件則滿足以下條件 Qdxdydzq連續(xù)性條件連續(xù)性條件邊界條件邊界條件當(dāng) ， 時(shí)0t0r0q0r 時(shí) q當(dāng) 時(shí) t0q2021/8/2218梯度輸送理論梯度輸送理論歐拉途徑歐拉途徑終極結(jié)論終極結(jié)論KtrKtQzyx

9、KtKtQtzyxq4exp)( 8)(41exp)( 8),(22/32222/3)222(exp)2 (),(2222222/ 3zyxzyxzyxQtzyxq2021/8/2219梯度輸送理論梯度輸送理論歐拉途徑歐拉途徑特殊情況下的簡化及求解特殊情況下的簡化及求解二二 無風(fēng)連續(xù)點(diǎn)源無風(fēng)連續(xù)點(diǎn)源推導(dǎo)假設(shè)條件 連續(xù)點(diǎn)源，可認(rèn)為濃度處于定常狀態(tài)，連續(xù)點(diǎn)源，可認(rèn)為濃度處于定常狀態(tài)， 0qt連續(xù)點(diǎn)源可利用瞬時(shí)點(diǎn)源連續(xù)點(diǎn)源可利用瞬時(shí)點(diǎn)源0 積分得積分得到到( )4Qq rkr2021/8/2220梯度輸送理論梯度輸送理論歐拉途徑歐拉途徑特殊情況下的簡化及求解特殊情況下的簡化及求解三三 有風(fēng)瞬時(shí)點(diǎn)源有

10、風(fēng)瞬時(shí)點(diǎn)源 推導(dǎo)條件 0u終極結(jié)論2223 / 2222()(, )exp(2)222xyzxyzQxutyzq xy z t 2021/8/2221 四四 有風(fēng)連續(xù)點(diǎn)源有風(fēng)連續(xù)點(diǎn)源貼近實(shí)際貼近實(shí)際 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握2222()qqquKxyz()()()xyzqqqqqqquvwKKKtxyzxxyyzz坐標(biāo)原點(diǎn)在煙囪口，平均風(fēng)沿坐標(biāo)原點(diǎn)在煙囪口，平均風(fēng)沿x x軸方向軸方向水平方向上擴(kuò)散遠(yuǎn)小于輸送作用水平方向上擴(kuò)散遠(yuǎn)小于輸送作用連續(xù)點(diǎn)源，為定常條件連續(xù)點(diǎn)源，為定常條件湍流運(yùn)動各向同性湍流運(yùn)動各向同性2021/8/2222梯度輸送理論梯度輸送理論歐拉途徑歐拉途徑特殊情況下的簡化及求解特殊情況下

11、的簡化及求解四四 有風(fēng)瞬時(shí)點(diǎn)源有風(fēng)瞬時(shí)點(diǎn)源.,0; 0,qzyxqzyx時(shí)時(shí)邊界條件連續(xù)性條件 Qqdydzu232021/8/22梯度輸送理論梯度輸送理論歐拉途徑歐拉途徑2222(, )exp()222yzyzQyzq x y z tu 四四 有風(fēng)連續(xù)點(diǎn)源有風(fēng)連續(xù)點(diǎn)源此式稱為斐克擴(kuò)散解此式稱為斐克擴(kuò)散解 污染濃度與源強(qiáng)成正比污染濃度與源強(qiáng)成正比; 離源距離越遠(yuǎn)離源距離越遠(yuǎn),濃度越低濃度越低; 擴(kuò)散系數(shù)越大擴(kuò)散系數(shù)越大,濃度越低濃度越低; 污染物在橫風(fēng)向及垂直向符合正態(tài)分布污染物在橫風(fēng)向及垂直向符合正態(tài)分布242021/8/22梯度輸送理論梯度輸送理論歐拉途徑歐拉途徑特殊情況下的簡化及求解特殊

12、情況下的簡化及求解四四 有風(fēng)瞬時(shí)點(diǎn)源有風(fēng)瞬時(shí)點(diǎn)源假定污染物在無界空間中擴(kuò)散，不受任何界面限制的條件下導(dǎo)出的，稱為無界情況下的擴(kuò)散模式。252021/8/22三三 方程的數(shù)值求解方程的數(shù)值求解解析解：解析解：采取各種近似簡化條件采取各種近似簡化條件數(shù)值解：數(shù)值解：考慮風(fēng)場、湍流場、源強(qiáng)的時(shí)考慮風(fēng)場、湍流場、源強(qiáng)的時(shí) 空分布，考慮干濕沉積過程及空分布，考慮干濕沉積過程及 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)()()()xyzqqqqqqquvwKKKQtxyzxxyyzz2021/8/2226 水平方向離散化altitude沿經(jīng)緯和垂直方向沿經(jīng)緯和垂直方向劃分離散化網(wǎng)格劃分離散化網(wǎng)格2021/8/2227垂直方向離散

13、化大氣分層大氣分層 （本例31層）大氣上界大氣上界地表地表800 hPa200 hPa400 hPa600 hPa2021/8/2228時(shí)間離散 中心差分中心差分 蛙跳蛙跳 半顯式半顯式 非中心差分非中心差分 顯式顯式 隱式隱式tttXttXttX2)()()(ttXttXttXtttX)()()()(21tttXtXttX)()()(ttXttXttX)()()(2021/8/2229動力過程 動量守恒動量守恒 靜力平衡方程（非靜力平衡）靜力平衡方程（非靜力平衡） 連續(xù)方程（質(zhì)量守恒）連續(xù)方程（質(zhì)量守恒） 熱力學(xué)方程（能量守恒）熱力學(xué)方程（能量守恒） 水汽守恒水汽守恒 氣體定律氣體定律 動力

14、學(xué)保守變量守恒動力學(xué)保守變量守恒2021/8/2230應(yīng)用時(shí)間應(yīng)用時(shí)間發(fā)展方程發(fā)展方程計(jì)算出新的狀態(tài)計(jì)算出新的狀態(tài) t 時(shí)間后時(shí)間后(時(shí)間步長時(shí)間步長)初始時(shí)刻初始時(shí)刻 P, T, Q, U(初值初值)新狀態(tài)新狀態(tài)t = t0 + t 初始狀態(tài)初始狀態(tài)t0時(shí)間發(fā)展方程時(shí)間發(fā)展方程 (P, T, Q, U)基本概念基本概念2021/8/2231Dt Dt 即模式的時(shí)間步長?？蓮募茨Ｊ降臅r(shí)間步長?？蓮奶鞖忸A(yù)報(bào)的幾分鐘，例如天氣預(yù)報(bào)的幾分鐘，例如3 3分分鐘，到氣候模式的半小時(shí)不鐘，到氣候模式的半小時(shí)不等等t = t0 + t t = t0 +2 t etc.最終狀態(tài)最終狀態(tài)t = t0 + 預(yù)報(bào)時(shí)

15、間預(yù)報(bào)時(shí)間初始狀態(tài)初始狀態(tài)t0基本概念基本概念2021/8/2232四四 湍流擴(kuò)散系數(shù)湍流擴(kuò)散系數(shù)K K 14:00 02:002021/8/2233小結(jié)小結(jié) 對于梯度輸送理論本身：對于梯度輸送理論本身： 通量與梯度之間的線性關(guān)系只是一種假定通量與梯度之間的線性關(guān)系只是一種假定 K K不是流體的物理屬性而是運(yùn)動屬性不是流體的物理屬性而是運(yùn)動屬性當(dāng)前，中小尺度數(shù)值模式大多采用高階閉當(dāng)前，中小尺度數(shù)值模式大多采用高階閉和，大尺度區(qū)域的擴(kuò)散輸送問題仍然采用和，大尺度區(qū)域的擴(kuò)散輸送問題仍然采用K閉合。閉合。2021/8/2234 對于不同的求解計(jì)算途徑：對于不同的求解計(jì)算途徑： 解析解：簡單實(shí)用，廣泛

16、應(yīng)用于解析解：簡單實(shí)用，廣泛應(yīng)用于環(huán)評工作領(lǐng)域環(huán)評工作領(lǐng)域，適用于均勻定常大氣狀況，有一定局限適用于均勻定常大氣狀況，有一定局限 數(shù)值解：考慮風(fēng)場、湍流場、源強(qiáng)的時(shí)空分布，數(shù)值解：考慮風(fēng)場、湍流場、源強(qiáng)的時(shí)空分布，考慮干濕沉積過程及化學(xué)反應(yīng)，物理過程全面，考慮干濕沉積過程及化學(xué)反應(yīng)，物理過程全面，計(jì)算復(fù)雜，通常在計(jì)算復(fù)雜，通常在大氣科學(xué)相關(guān)研究領(lǐng)域大氣科學(xué)相關(guān)研究領(lǐng)域進(jìn)行研進(jìn)行研究究2021/8/223522021/8/2236 湍流統(tǒng)計(jì)理論湍流統(tǒng)計(jì)理論泰勒首先應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究湍流擴(kuò)散問題，并于泰勒首先應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究湍流擴(kuò)散問題，并于 年提出著名的泰勒公式。薩頓首先應(yīng)用年提出著名的泰勒公

17、式。薩頓首先應(yīng)用泰勒公式，提出了解決污染物在大氣中擴(kuò)散的實(shí)用泰勒公式，提出了解決污染物在大氣中擴(kuò)散的實(shí)用模式。高斯在大量實(shí)測資料分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用湍模式。高斯在大量實(shí)測資料分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用湍流統(tǒng)計(jì)理論得到了正態(tài)分布假設(shè)下的擴(kuò)散模式，即流統(tǒng)計(jì)理論得到了正態(tài)分布假設(shè)下的擴(kuò)散模式，即通常所說的高斯模式。通常所說的高斯模式。2021/8/2237 湍流統(tǒng)計(jì)理論湍流統(tǒng)計(jì)理論拉格朗日途徑拉格朗日途徑 從研究湍流脈動場的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)出發(fā)從研究湍流脈動場的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)出發(fā)（如相關(guān)，湍強(qiáng)，湍譜），來描述流（如相關(guān)，湍強(qiáng)，湍譜），來描述流場中擴(kuò)散物質(zhì)的散布規(guī)律。場中擴(kuò)散物質(zhì)的散布規(guī)律。 2021/8/2238 個別粒子

18、的隨機(jī)運(yùn)動無法描述，個別粒子的隨機(jī)運(yùn)動無法描述，大量大量粒子的集合趨向一個穩(wěn)定的統(tǒng)計(jì)分布粒子的集合趨向一個穩(wěn)定的統(tǒng)計(jì)分布。 解決問題關(guān)鍵：確定粒子游走隨機(jī)函解決問題關(guān)鍵：確定粒子游走隨機(jī)函數(shù)數(shù)y（t）的概率分布。）的概率分布。 2021/8/2239 對于概率相同的無規(guī)則行走問題，對于概率相同的無規(guī)則行走問題，當(dāng)步數(shù)充分大時(shí)，有：當(dāng)步數(shù)充分大時(shí)，有：1 1 所走距離的概率分布接近正態(tài)分布所走距離的概率分布接近正態(tài)分布2 2 其位移均方根（標(biāo)準(zhǔn)差）與行走時(shí)間其位移均方根（標(biāo)準(zhǔn)差）與行走時(shí)間 的平方根成正比的平方根成正比2021/8/2240若統(tǒng)計(jì)量若統(tǒng)計(jì)量 不隨時(shí)間變化，則湍流場不隨時(shí)間變化，則

19、湍流場是平穩(wěn)場是平穩(wěn)場協(xié)方差協(xié)方差 反映湍流空間大小和反映湍流空間大小和壽命長短壽命長短根據(jù)相關(guān)系數(shù)概念根據(jù)相關(guān)系數(shù)概念2u ( )()u t u t2( )()( ,)u t u tR t tu1( )1R一一 湍流擴(kuò)散的拉格朗日描述與特征湍流擴(kuò)散的拉格朗日描述與特征412021/8/22 若為平穩(wěn)湍流，則統(tǒng)計(jì)量與湍流起始若為平穩(wěn)湍流，則統(tǒng)計(jì)量與湍流起始時(shí)刻無關(guān)，只取決于時(shí)間間隔，并有時(shí)刻無關(guān)，只取決于時(shí)間間隔，并有： R( )R( )偶函數(shù)，相對于縱坐標(biāo)對稱。偶函數(shù)，相對于縱坐標(biāo)對稱。 原點(diǎn)原點(diǎn)R=1,R=1,足夠大足夠大 時(shí)，時(shí)，R R0.0.422021/8/22二二 泰勒公式及其討論

20、泰勒公式及其討論 1. TaylorTaylor（19211921）用統(tǒng)計(jì)理論處理擴(kuò)散，將濃）用統(tǒng)計(jì)理論處理擴(kuò)散，將濃度分布標(biāo)準(zhǔn)差與湍流脈動統(tǒng)計(jì)量聯(lián)系。即描度分布標(biāo)準(zhǔn)差與湍流脈動統(tǒng)計(jì)量聯(lián)系。即描述拉格朗日相關(guān)系數(shù)述拉格朗日相關(guān)系數(shù) 和和 的定量關(guān)系的定量關(guān)系( )LRy22200()2()TtyLyTvRddt 定常均勻的湍流場中，粒子的湍流擴(kuò)散范圍取定常均勻的湍流場中，粒子的湍流擴(kuò)散范圍取決于湍流脈動速度方差和拉格朗日相關(guān)性。決于湍流脈動速度方差和拉格朗日相關(guān)性。2021/8/22432.2.泰勒公式的另一種形式泰勒公式的另一種形式222000()2( )2()( )TtTLLyTvRddt

21、vTRd 2021/8/2244小結(jié)小結(jié)擴(kuò)散問題統(tǒng)計(jì)處理的根本目標(biāo)是找出描述粒擴(kuò)散問題統(tǒng)計(jì)處理的根本目標(biāo)是找出描述粒子位移的概率分布，即上述擴(kuò)散粒子散布方子位移的概率分布，即上述擴(kuò)散粒子散布方差，再找出概率分布函數(shù)的具體形式。其差，再找出概率分布函數(shù)的具體形式。其難難點(diǎn)在于湍流場的非定常，非均一性點(diǎn)在于湍流場的非定常，非均一性。泰勒公式是理想狀況下導(dǎo)出的，在下墊面平泰勒公式是理想狀況下導(dǎo)出的，在下墊面平坦，氣流穩(wěn)定的小尺度擴(kuò)散適用，超出這樣坦，氣流穩(wěn)定的小尺度擴(kuò)散適用，超出這樣的范圍需作一定的修訂。的范圍需作一定的修訂。2021/8/224532021/8/2246相似理論相似理論 湍流相似擴(kuò)

22、散理論，最早始于英國科學(xué)家理查森和湍流相似擴(kuò)散理論，最早始于英國科學(xué)家理查森和泰勒。后來由于許多科學(xué)家的努力，特別是俄國科學(xué)家的泰勒。后來由于許多科學(xué)家的努力，特別是俄國科學(xué)家的貢獻(xiàn)，使湍流擴(kuò)散相似理論得到很大發(fā)展。湍流擴(kuò)散相似貢獻(xiàn)，使湍流擴(kuò)散相似理論得到很大發(fā)展。湍流擴(kuò)散相似理論的基本觀點(diǎn)是，湍流由許多大小不同的湍渦所構(gòu)成，理論的基本觀點(diǎn)是，湍流由許多大小不同的湍渦所構(gòu)成，大湍渦失去穩(wěn)定分裂成小湍渦，同時(shí)發(fā)生了能量轉(zhuǎn)移，這大湍渦失去穩(wěn)定分裂成小湍渦，同時(shí)發(fā)生了能量轉(zhuǎn)移，這一過程一直進(jìn)行到最小的湍渦轉(zhuǎn)化為熱能為止，從這一基一過程一直進(jìn)行到最小的湍渦轉(zhuǎn)化為熱能為止，從這一基本觀點(diǎn)出發(fā)，利用量綱分

23、析的理論，建立起某種統(tǒng)計(jì)物理本觀點(diǎn)出發(fā)，利用量綱分析的理論，建立起某種統(tǒng)計(jì)物理量的普適函數(shù)，再找出普適函數(shù)的具體表達(dá)式，從而解決量的普適函數(shù)，再找出普適函數(shù)的具體表達(dá)式，從而解決湍流擴(kuò)散問題。我們把這種理論稱為相似擴(kuò)散理論。湍流擴(kuò)散問題。我們把這種理論稱為相似擴(kuò)散理論。2021/8/2247 相似理論的基本處理相似理論的基本處理482021/8/22Monin(1959),Batchelor(1959,1964),Gifford(1962)發(fā)展的相似理論，在近地層大氣湍流中占有重發(fā)展的相似理論，在近地層大氣湍流中占有重要地位。要地位。拉格朗日相似假設(shè)：近地層中，流體質(zhì)點(diǎn)的統(tǒng)拉格朗日相似假設(shè)：近

24、地層中，流體質(zhì)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)特征完全可用確定的歐拉特征的參量來確定計(jì)特征完全可用確定的歐拉特征的參量來確定中性大氣：參量中性大氣：參量非中性大氣：非中性大氣： 和和 。*uTH*u2021/8/2249*()d ZZbudtL式中式中b b和和 為待定的普適常數(shù)和普適函數(shù)，中性時(shí)，為待定的普適常數(shù)和普適函數(shù)，中性時(shí)，進(jìn)一步假設(shè)相應(yīng)的水平位移的增長率等于在進(jìn)一步假設(shè)相應(yīng)的水平位移的增長率等于在 高度處的高度處的平均風(fēng)速，表示為平均風(fēng)速，表示為 1Z()d Xu c Zdt垂直風(fēng)速垂直風(fēng)速水平風(fēng)速水平風(fēng)速(1)(2)用量綱分析的方法可得到：用量綱分析的方法可得到：1 基本數(shù)學(xué)處理基本數(shù)學(xué)處理2021/8

25、/22502 中性層結(jié)的平均位移中性層結(jié)的平均位移中性層結(jié)，風(fēng)廓線為中性層結(jié)，風(fēng)廓線為代入（代入（1 1）和（）和（2 2），并積分得），并積分得*0ln ()uzuz00ln1(1ln)zZc ZXcbzZ卡曼常數(shù)，取卡曼常數(shù)，取0.40.4左右左右近近地地層層相相似似理理論論Ellison,Ellison,取取b=k=0.4b=k=0.42021/8/22513 3 非中性層結(jié)的平均位移非中性層結(jié)的平均位移0*()()zuzuffLL非中性層結(jié)，風(fēng)廓線為非中性層結(jié)，風(fēng)廓線為代入（代入（1 1）和（）和（2 2），并積分得），并積分得00()()1()zzczc zffLLXd ZbZL20

26、21/8/22524 4 小結(jié)小結(jié)相似理論是以量綱分析為基礎(chǔ)，基本原理為相似理論是以量綱分析為基礎(chǔ)，基本原理為拉格朗日相似性假設(shè)，其物理模型有拉格朗日相似性假設(shè)，其物理模型有2 2點(diǎn)，點(diǎn)，1 1：粒子擴(kuò)散特征與流場的拉格朗日性質(zhì)相關(guān)：粒子擴(kuò)散特征與流場的拉格朗日性質(zhì)相關(guān)2 2：近地層中，表征流場歐拉性質(zhì)的參量主要：近地層中，表征流場歐拉性質(zhì)的參量主要有摩擦速度，莫寧有摩擦速度，莫寧- -奧布霍夫長。奧布霍夫長。相似理論適用于相似理論適用于近地層近地層內(nèi)，即湍流粘滯力為內(nèi)，即湍流粘滯力為常數(shù)的薄層內(nèi)。常數(shù)的薄層內(nèi)。2021/8/2253三種基本理論的比較與討論三種基本理論的比較與討論2021/8

27、/2254三種理論體系比較三種理論體系比較2021/8/2255 正是：正是： 久思舊理非良策，破局還得看今朝。久思舊理非良策，破局還得看今朝。 畢竟畢竟“擴(kuò)散理論擴(kuò)散理論”路在何方，路在何方， 且聽四組下回分解。且聽四組下回分解。 2021-11-24to be continued2021/8/2256謝謝您的觀賞THE END2021/8/2257環(huán)保熱下的冷思考環(huán)保熱下的冷思考2021/8/2258傳說學(xué)霸都愛刷題傳說學(xué)霸都愛刷題那么，那么，(*)問題來了問題來了2021/8/22592015-2016學(xué)年第一學(xué)期期末試卷學(xué)年第一學(xué)期期末試卷 班級： 姓名：一一選擇題（每題選擇題（每題1

28、0分，共計(jì)分，共計(jì)30分）分） 故事背景：你是一名當(dāng)?shù)刈畲笪廴酒髽I(yè)的普通員工，雖然工作環(huán)境很惡劣，但你仍覺得自己是世上最幸運(yùn)的人。因?yàn)槟隳亲钭罟郧煽蓯鄣呐畠海诤诘能洶l(fā)，大大的眼睛，胖嘟嘟的小臉而后來，這一切都變了，先是從河流的腐朽，天空的陰霾，直到你聽到醫(yī)生說出囡囡患肺癌的消息 1.你幾近崩潰，隱隱覺得女兒的患病跟你所處企業(yè)有關(guān)，一個念頭不可抑制地冒了出來 A.向法院起訴企業(yè) B.什么也不做2021/8/2260 2.你站在法院門口，卻遲遲沒有邁進(jìn)去。因?yàn)槟阈睦锩靼啄阏驹诜ㄔ洪T口，卻遲遲沒有邁進(jìn)去。因?yàn)槟阈睦锩靼?，如果你這樣做了，明天就會失業(yè)，而你更明白，你沒什，如果你這樣做了，明天就會失業(yè)

29、，而你更明白，你沒什么本事，除了老本行，什么也干不了！你是家里的支柱，么本事，除了老本行，什么也干不了！你是家里的支柱，更關(guān)鍵的是，囡囡治病需要錢！更關(guān)鍵的是，囡囡治病需要錢！ A.邁進(jìn)去，起訴企業(yè)邁進(jìn)去，起訴企業(yè) B.回家，去醫(yī)院看看囡囡，然后去上班回家，去醫(yī)院看看囡囡，然后去上班2021/8/22613.下班回家后，你頹然地坐在凳子上，想著如何湊夠下班回家后，你頹然地坐在凳子上，想著如何湊夠50萬給萬給囡囡治病，抽起了早已戒掉的煙囡囡治病，抽起了早已戒掉的煙事情終于還是引起了事情終于還是引起了政府的重視，政府撥了一筆錢定了兩種方案來解決這件事政府的重視，政府撥了一筆錢定了兩種方案來解決這件事 A.把所有資金用于環(huán)境