物理代写|流体力学代写Fluid Mechanics代考|One-Equation Model by Prandtl
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流体力学是物理学的一个分支,涉及流体(液体、气体和等离子体)的力学和对它们的力。它的应用范围很广,包括机械、土木工程、化学和生物医学工程、地球物理学、海洋学、气象学、天体物理学和生物学。
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物理代写|流体力学代写Fluid Mechanics代考|One-Equation Model by Prandtl
A one-equation model is an enhanced version of the algebraic models we discussed in previous sections. This model utilizes one turbulent transport equation originally developed by Prandtl. Based on purely dimensional arguments, Prandtl proposed a relationship between the dissipation and the kinetic energy that reads
$$
\varepsilon=C_D k^{3 / 2} / l_t
$$
where the turbulence length scale $\ell_{\mathrm{t}}$ is set proportional to the mixing length, $\ell_{\mathrm{m}}$, the boundary layer thickness $\delta$ or a wake or a jet width. The velocity scale in Eq. (9.132) is set proportional to the turbulent kinetic energy $V_t \propto k^{1 / 2}$ as suggested independently by Kolmogorov [95] and Prandtl [96]. Thus, the expression for the turbulent viscosity becomes:
$$
\mu_t=C_\mu \ell_m k^{0.5}
$$
with the constant $C_\mu$ to be determined from the experiment. The turbulent kinetic energy, $k$, as a transport equation is taken from Sect. 9.2.2 in the form of Eqs. (9.111) or (9.126) where the dissipation is implemented. For simple two-dimensional flows where no separation occurs, with the mean-flow component $\overline{V_1} \equiv \bar{U}$ as the significant velocity in $x_1 \equiv x$-direction, and the distance from the wall $x_2 \equiv y$, the following approximation by Launder and Spalding [97] may be used
$$
\rho \frac{\mathrm{D} k}{\mathrm{D} t}=\mu_t\left(\frac{\partial \bar{U}}{\partial y}\right)^2+\frac{\partial}{\partial y}\left(\frac{\mu_t}{\sigma_k} \frac{\partial k}{\partial y}\right)-C_D \frac{\rho k^{3 / 2}}{\ell_m},
$$
where $\sigma_k=1$ and $C_D=0.08$ are coefficients determined from experiments utilizing simple flow configurations. The one-equation model provides a better assumption for the velocity scale $V_{\mathrm{t}}$ than $\ell_m|\partial \bar{U} / \partial y|$. Similar to the algebraic model, the oneequation one is not applicable to the general three-dimensional flow cases since a general expression for the mixing length does not exist. Therefore the use of a oneequation model does not offer any improvement compared with the algebraic one. The one-equation models discussed above are based on kinetic energy equations. There are a variety of one-equation models that are based on Prandtl’s concept and discussed in [88].
物理代写|流体力学代写Fluid Mechanics代考|Two-Equation k − ε Model
The two equations utilized by this model are the transport equations of kinetic energy $k$ and the transport equation for dissipation $\varepsilon$. These equations are used to determine the turbulent kinematic viscosity $v_t$. For fully developed high Reynolds number turbulence, the exact transport equations for $k(9.126)$ can be used. The transport equation for $\varepsilon(9.129)$ includes triple correlations that are almost impossible to measure. Therefore, relative to $\varepsilon$, we have to replace it with a relationship that approximately resembles the terms in Eq. (9.129). To establish such a purely empirical relationship, dimensional analysis is heavily used. Launder and Spalding [98] used the following equations for kinetic energy
$$
\frac{\mathrm{D} k}{\mathrm{D} t}=\frac{1}{\rho} \frac{\partial}{\partial x_j}\left(\frac{\mu_t}{\sigma_k} \frac{\partial k}{\partial x_j}\right)+\frac{\mu_t}{\rho}\left(\frac{\partial \bar{V}i}{\partial x_j}+\frac{\partial \bar{V}_j}{\partial x_i}\right) \frac{\partial \bar{V}_i}{\partial x_j}-\varepsilon $$ and for dissipation $$ \frac{\mathrm{D} \varepsilon}{\mathrm{D} t}=\frac{1}{\rho} \frac{\partial}{\partial x_j}\left(\frac{\mu_t}{\sigma{\varepsilon}} \frac{\partial \varepsilon}{\partial x_j}\right)+C_{\varepsilon 1} \frac{\mu_t}{\rho} \frac{\varepsilon}{k}\left(\frac{\partial \bar{V}i}{\partial x_j}+\frac{\partial \bar{V}_j}{\partial x_i}\right) \frac{\partial \bar{V}_i}{\partial x_j}-\frac{C{\varepsilon 2} \varepsilon^2}{k},
$$
and the turbulent viscosity, $\mu_t$, can be expressed as
$$
\mu_t=v_t \rho=\frac{C_\mu \rho k^2}{\varepsilon}
$$
The constants $\sigma_{\mathrm{k}}, \sigma_{\varepsilon}, C_{\varepsilon_1}, C_{\varepsilon_2}$ and $C_\mu$ listed in Table 9.2 are calibration coefficients that are obtained from simple flow configurations such as grid turbulence. The models are applied to such flows and the coefficients are determined to make the model simulate the experimental behavior. The values of the above constants recommended by Launder and Spalding [83] are given in Table 9.2.
As seen, the simplified Eqs. (9.165) and (9.166) do not contain the molecular viscosity. They may be applied to free turbulence cases where the molecular viscosity is negligibly small compared to the turbulence viscosity. However, one cannot expect to obtain reasonable results by simulation of the wall turbulence using these equations.

流体力学代写
物理代写|流体力学代写Fluid Mechanics代考|One-Equation Model by Prandtl
单方程模型是我们在前面部分讨论的代数模型的增强版本。该模型使用了一个最初由 Prandtl 开发的湍流输运 方程。基于纯量纲论证,普朗特提出了耗散和动能之间的关系,即
$$
\varepsilon=C_D k^{3 / 2} / l_t
$$
其中湍流长度尺度 $\ell_{\mathrm{t}}$ 与混合长度成正比, $\ell_{\mathrm{m}}$ ,边界层厚度 $\delta$ 或尾流或射流宽度。等式中的速度标度。(9.132) 设 置为与湍流动能成正比 $V_t \propto k^{1 / 2}$ 正如 Kolmogorov [95] 和 PrandtI [96] 独立建议的那样。因此,湍流粘度 的表达式变为:
$$
\mu_t=C_\mu \ell_m k^{0.5}
$$
与常数 $C_\mu$ 由实验确定。湍动能, $k$ ,因为传输方程取自 Sect。9.2.2 以方程式的形式。(9.111) 或 (9.126) 实 现耗散的地方。对于没有发生分离的简单二维流,具有平均流分量 $\overline{V_1} \equiv \bar{U}$ 作为显着速度 $x_1 \equiv x$-方向,以及 与墙的距离 $x_2 \equiv y$ ,可以使用 Launder 和 Spalding [97] 的以下近似值
$$
\rho \frac{\mathrm{D} k}{\mathrm{D} t}=\mu_t\left(\frac{\partial \bar{U}}{\partial y}\right)^2+\frac{\partial}{\partial y}\left(\frac{\mu_t}{\sigma_k} \frac{\partial k}{\partial y}\right)-C_D \frac{\rho k^{3 / 2}}{\ell_m},
$$
在哪里 $\sigma_k=1$ 和 $C_D=0.08$ 是通过使用简单流量配置的实验确定的系数。单方程模型为速度尺度提供了更 好的假设 $V_{\mathrm{t}}$ 比 $\ell_m|\partial \bar{U} / \partial y|$. 与代数模型类似,一个方程不适用于一般的三维流动情况,因为混合长度的一般 表达式不存在。因此,与代数模型相比,单方程模型的使用没有提供任何改进。上面讨论的单方程模型基于 动能方程。有多种基于 Prandtl 概念并在 [88] 中讨论的单方程模型。
物理代写|流体力学代写Fluid Mechanics代考|Two-Equation k − ε Model
该模型使用的两个方程是动能的输运方程 $k$ 和耗散的传输方程 $\varepsilon$. 这些方程式用于确定湍流运动粘度 $v_t$. 对于完 全发展的高雷诺数湍流,精确的输运方程为 $k(9.126)$ 可以使用。输运方程为 $\varepsilon(9.129)$ 包括几乎无法测量的三 重相关性。因此,相对于 $\varepsilon$ ,我们必须将其替换为近似类似于方程式中的项的关系。(9.129)。为了建立这种纯 粹的经验关系,量纲分析被大量使用。Launder 和 Spalding [98] 使用以下方程计算动能
$$
\frac{\mathrm{D} k}{\mathrm{D} t}=\frac{1}{\rho} \frac{\partial}{\partial x_j}\left(\frac{\mu_t}{\sigma_k} \frac{\partial k}{\partial x_j}\right)+\frac{\mu_t}{\rho}\left(\frac{\partial \bar{V} i}{\partial x_j}+\frac{\partial \bar{V}j}{\partial x_i}\right) \frac{\partial \bar{V}_i}{\partial x_j}-\varepsilon $$ 和消散 $$ \frac{\mathrm{D} \varepsilon}{\mathrm{D} t}=\frac{1}{\rho} \frac{\partial}{\partial x_j}\left(\frac{\mu_t}{\sigma \varepsilon} \frac{\partial \varepsilon}{\partial x_j}\right)+C{\varepsilon 1} \frac{\mu_t}{\rho} \frac{\varepsilon}{k}\left(\frac{\partial \bar{V} i}{\partial x_j}+\frac{\partial \bar{V}j}{\partial x_i}\right) \frac{\partial \bar{V}_i}{\partial x_j}-\frac{C \varepsilon 2 \varepsilon^2}{k}, $$ 和湍流粘度, $\mu_t$ ,可以表示为 $$ \mu_t=v_t \rho=\frac{C\mu \rho k^2}{\varepsilon}
$$
常量 $\sigma_{\mathrm{k}}, \sigma_{\varepsilon}, C_{\varepsilon_1}, C_{\varepsilon_2}$ 和 $C_\mu$ 表 9.2 中列出的是从简单的流动配置(例如网格湍流) 中获得的校准系数。将模 型应用于此类流动并确定系数以使模型模拟实验行为。Launder 和 Spalding [83] 推荐的上述常数值在表 9.2 中给出。
如图所示,简化的方程式。(9.165) 和 (9.166) 不包含分子粘度。它们可以应用于分子粘度与湍流粘度相比小 到可以忽略不计的自由湍流情况。然而,不能期望通过使用这些方程模拟壁湍流来获得合理的结果。
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金融工程代写
金融工程是使用数学技术来解决金融问题。金融工程使用计算机科学、统计学、经济学和应用数学领域的工具和知识来解决当前的金融问题,以及设计新的和创新的金融产品。
非参数统计代写
非参数统计指的是一种统计方法,其中不假设数据来自于由少数参数决定的规定模型;这种模型的例子包括正态分布模型和线性回归模型。
广义线性模型代考
广义线性模型(GLM)归属统计学领域,是一种应用灵活的线性回归模型。该模型允许因变量的偏差分布有除了正态分布之外的其它分布。
术语 广义线性模型(GLM)通常是指给定连续和/或分类预测因素的连续响应变量的常规线性回归模型。它包括多元线性回归,以及方差分析和方差分析(仅含固定效应)。
有限元方法代写
有限元方法(FEM)是一种流行的方法,用于数值解决工程和数学建模中出现的微分方程。典型的问题领域包括结构分析、传热、流体流动、质量运输和电磁势等传统领域。
有限元是一种通用的数值方法,用于解决两个或三个空间变量的偏微分方程(即一些边界值问题)。为了解决一个问题,有限元将一个大系统细分为更小、更简单的部分,称为有限元。这是通过在空间维度上的特定空间离散化来实现的,它是通过构建对象的网格来实现的:用于求解的数值域,它有有限数量的点。边界值问题的有限元方法表述最终导致一个代数方程组。该方法在域上对未知函数进行逼近。[1] 然后将模拟这些有限元的简单方程组合成一个更大的方程系统,以模拟整个问题。然后,有限元通过变化微积分使相关的误差函数最小化来逼近一个解决方案。
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随机分析代写
随机微积分是数学的一个分支,对随机过程进行操作。它允许为随机过程的积分定义一个关于随机过程的一致的积分理论。这个领域是由日本数学家伊藤清在第二次世界大战期间创建并开始的。
时间序列分析代写
随机过程,是依赖于参数的一组随机变量的全体,参数通常是时间。 随机变量是随机现象的数量表现,其时间序列是一组按照时间发生先后顺序进行排列的数据点序列。通常一组时间序列的时间间隔为一恒定值(如1秒,5分钟,12小时,7天,1年),因此时间序列可以作为离散时间数据进行分析处理。研究时间序列数据的意义在于现实中,往往需要研究某个事物其随时间发展变化的规律。这就需要通过研究该事物过去发展的历史记录,以得到其自身发展的规律。
回归分析代写
多元回归分析渐进(Multiple Regression Analysis Asymptotics)属于计量经济学领域,主要是一种数学上的统计分析方法,可以分析复杂情况下各影响因素的数学关系,在自然科学、社会和经济学等多个领域内应用广泛。
MATLAB代写
MATLAB 是一种用于技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和编程集成在一个易于使用的环境中,其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。典型用途包括:数学和计算算法开发建模、仿真和原型制作数据分析、探索和可视化科学和工程图形应用程序开发,包括图形用户界面构建MATLAB 是一个交互式系统,其基本数据元素是一个不需要维度的数组。这使您可以解决许多技术计算问题,尤其是那些具有矩阵和向量公式的问题,而只需用 C 或 Fortran 等标量非交互式语言编写程序所需的时间的一小部分。MATLAB 名称代表矩阵实验室。MATLAB 最初的编写目的是提供对由 LINPACK 和 EISPACK 项目开发的矩阵软件的轻松访问,这两个项目共同代表了矩阵计算软件的最新技术。MATLAB 经过多年的发展,得到了许多用户的投入。在大学环境中,它是数学、工程和科学入门和高级课程的标准教学工具。在工业领域,MATLAB 是高效研究、开发和分析的首选工具。MATLAB 具有一系列称为工具箱的特定于应用程序的解决方案。对于大多数 MATLAB 用户来说非常重要,工具箱允许您学习和应用专业技术。工具箱是 MATLAB 函数(M 文件)的综合集合,可扩展 MATLAB 环境以解决特定类别的问题。可用工具箱的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波、仿真等。