湍流與渦流的區別

湍流肯定是渦流，渦流不一定是湍流。如層流邊界層流動，有渦量分布，是渦流。但在在轉捩之前，不能說是湍流。從渦量角度看，層流到湍流似乎是渦量場結構的變化，出現了各種尺度的離散的渦量集中的渦旋。渦旋間的相互作用可能是各種脈動量產生的原因，湍流和渦流可能形態相近。

湍流與粘性有關，渦流有粘無粘都有可能發生。渦流可以很有規則的數學模型來描述，而湍流的數學模型至今還沒有一個統一的模式。

湍流是空間上不規則和時間上無秩序的一種非線性的流體運動，這種運動表現出一種高度複雜的三維非穩態、帶旋轉的不規則流動狀態。自從1883年Reynolds 發現湍流流動現象以來，關於湍流發生的機理，湍流的結構，以及湍流流動基本規律的研究，一直是一百多年以來流體力學和傳熱學家們所關注的課題。由於湍流本身的複雜性，直到現在仍有一些基本問題尚未解決。20世紀有三位科學大師對湍流理論有傑出貢獻，英國的G.I.Taylor，前蘇聯的N.Kolmogorov 和中國的周培源，他們指出了近代湍流的研究方向：湍流運動的規律應當從不規則（或隨機）湍流脈動的物理性質中去尋找。在20世紀的60年代，湍流研究有三大突出進展：

• 第一，切變湍流中的大尺度擬序結構的發現，Brown 和Roshko 在湍流混合層中觀察到擬序的展向渦結構。在充分發展的湍流中，這種擬序結構是產生湍流脈動的關鍵機制。
  
• 第二，在確定性非線性微分方程中可以獲得漸近的不規則解，即混沌現象。Lorenz 從截斷的Navier-Stokes 方程中發現了在一定參數範圍內的熱對流過程中出現了異吸引子，它具有寬帶頻譜的不規則運動。混沌現象的發現，說明有結構的不規則運動可以是確定性非線性微分方程本身的性質。具體地說，牛頓流體的湍流運動是Navier-Stokes 方程在高Reynolds 數條件下的不規則解。
  
• 第三，超級計算機的應用和湍流直接數值模擬。20世紀60年代末和70年代初，當時最大的計算機只能模擬低Reynolds 數下的簡單湍流。20世紀下半葉，湍流統計模式也有了較大的發展，隨著計算機資源和計算流體動力學的日益改進，使得複雜流動的數值模擬成為工程設計中的重要工具之一，準確的湍流模式是滿意的數值預測的基礎。

湍流流動是工程技術領域與自然界中常見的流動現象，流體機械和流體工程的實際流動大多數是湍流。隨著湍流理論和計算技術的發展，有些涉及到流體內部結構的工程流體力學問題，不用湍流理論就不能很好地得到解決。因而近20年來，國內外都在研究如何利用湍流理論解決工程中的湍流問題。

目前採用的大多是一階和二階模型，湍流模型問題集中在如何應用模擬的方法求解未知的湍流有效粘性係數，或者各個Reynolds 應力分量的問題上。求得湍流輸運項而無需增加偏微分方程的模型稱為零方程模型，增加一個湍流動能k 的偏微分方程模型為單方程模型（也稱一方程），增加兩個湍流量k、ε 的偏微分方程模型則為雙方程模型（也稱二方程）。目前，工程中廣泛應用的有雙方程模型 (k-ε)、雷諾應力模型 (DSM)、應力代數模型 (ASM) 和雙流體模型。

湍流也許可以看作渦強尺度大小連續的無限維數的耗散系統，當雷諾數超過一定值後，流動從層流轉化到湍流，系統呈現混沌。

現在是從流體動力學方程的角度來討論湍流和渦流的。一般情況下是雷諾時均的NS 方程，加上k，e 雙方程的湍流模型來構成封閉解，從而求得速度場和壓力場。當然也可以寫成渦量的擴散方程（渦量輸運方程），其實就是NS 方程的另外一種形式。如果不考慮粘性的話，就是歐拉方程了，這時渦量的擴散方程變為helmholtz 方程。如果再考慮流體無旋，那樣方程進一步退化為laplase 方程了。