流体力学中的湍流强度（turbulence intensity）

一、定义

湍流强度（turbulence intensity）也被称为湍流级（turbulence level），被定义为：
$$I\equiv \frac{u^{\prime }}{U}$$
其中，$u^{\prime }$ 表示湍流速度波动的均方根， $U$表示平均速度（即雷诺平均得到的平均速度，见博文“流体动力学中的雷诺平均（Reynolds averaging ）”）。
如果湍流能量$k$已知，那么$u^{\prime }$能被计算为：

$u^{\prime }\equiv \sqrt{\frac{1}{3}(u_x^{\prime 2}+u_y^{\prime 2}+u_z^{\prime 2})}=\sqrt{\frac{2}{3}k}$
$U$可以通过三个平均速度分量$U_x$, $U_y$和 $U_z$计算获得：
$U\equiv \sqrt{U_x^2+U_y^2+U_z^2}$

二、湍流强度估计

当为CFD模拟设置边界条件时，通常需要估计入口的湍流强度。为了准确地估计该湍流强度，最好有某种形式的测量或以前的经验作为估计的基础。
以下是对入射湍流强度的常见估计的几个例子：

1. 高湍流情况（High-turbulence case)
复杂几何形状（如热交换器）内的高速流动和旋转机械（涡轮机和压缩机）内的流动。通常，湍流强度在5%和20%之间。

2. 中度湍流情况（Medium-turbulence case）
在不复杂的装置中的流动，比如大型泵中，通风流动等，或者低速流动（低雷诺数数）。通常，湍流强度在1%到5%之间。

3. 低强度湍流情况(Low-turbulence case)
源自如汽车、潜艇和飞机上的外部流动。非常高质量的风洞也可以达到非常低的湍流水平。通常，湍流强度非常低，远低于1%