《学霸系科学家系统》第42章 层流到湍流

    回到房间,卓越洗过澡后,坐在桌子前打开电脑,看着一旁的本子,上面是聚会时记的关于湍流的知识,他将它们记到电脑中。
    【紊动机理是质点有规律地作分层流动,无论流动边界如何变化……】
    【介于上下临界雷诺数之间的流动为过渡段,这个阶段流动的重要特征是流动的不稳定性……】
    湍流又叫做紊流,湍流的形成,是从层流开始,也是流体流速最慢的时候,流速缓缓增大,到达一定流速时,是过渡流,流速再增大,达到一定流速时是湍流。
    判定层流、过渡流和湍流的流层是由雷诺数根据流体流速判定的,三种状态的过渡到达状态切换点时叫做临界点,也叫做临界雷诺数,比如层流到过渡流,之间状态切换的点就是临界雷诺数。
    而推动层流向过渡流和湍流前进的是紊动机理。
    卓越心道:“紊动机理到底是什么?”
    他上网查了些资料,但对于紊动机理理解的还是很模糊。
    会议开始时间是在十五号,今天是十三号,第二天他们还有一天空闲时间。
    但很多物理学家大部分都会提前两三天到来,卓越他们来的已经算迟的了,他们来到后会进行一些学术交流。
    毕竟像这样的聚会几年才有一次,所以机会很难得。
    第二天吃完早饭,方老对着院长和杨教授道:“你们自己去找人聚聚吧,我昨天晚上约了一些人,我要带卓越过去。”
    院长和杨教授点了点头。
    院长是研究材料的,杨教授以前是研究液晶的,之后就开始研究理论物理的物理弦振动。
    两人研究的领域不同,所以都有各自想聚的人。
    等到他们离开后,方老带卓越进入一个包间中,这个包间的所有人都是谈论流体力学的。
    流体力学是物理的一个领域,很多人把它作为自己主要研究方向,这类人被称为流体力学家。
    他们看到方老进来惊讶了一下,毕竟方老不是研究流体力学的,也从不和他们交谈流体力学。
    但他进来他们也没问,对方老点了点头,之后继续他们的交谈。
    方老带着卓越找个位置坐下,卓越拿出本子和笔记录自己认为重要的东西。
    此时,一位有着咖啡色肤色,面容粗旷,白色的头发有卷毛,看上去像印国的中年男子道:“湍流中的湍流微团的总运动是反向运动,流体微团的轨迹机器紊乱,变化时间很快,这种现象的运动会引起的动量、热量和质量的传递,其传递速率比层流高好几个数量级。”
    卓越心中一动,“湍流微团?”
    “所以说流体之所以从层流到湍流,是因为有湍流微团?”
    “有湍流微团,那么是不是也有过渡流微团和层流微团?”
    一位黄种人老头道:“边界层是高雷诺数绕流中紧贴物面的粘性力不可忽略的流动薄层。”
    他看上去像一位岛国人。
    卓越心道:“边界层?这是什么?”
    “大家都知道,层流到湍流的过程,不仅是因为湍流微团,还有紊动应力。”
    卓越心道:“紊动应力?”
    短短时间,他听到了许多陌生的词汇,让他学会了许多知识。
    方老在这坐了一个多小时,然后让一个认识的人照顾一下卓越,之后他就出去了。
    又是一天的聚会,还是和昨晚一样,吃饭都在包间里吃,直到晚上十点才结束。
    卓越听的却是意犹未尽。
    回到房间后,他就查边界层的信息。
    “原来是这东西!”卓越道。
    所谓边界层,就是高雷诺数绕流中紧贴物面的粘性力不可忽略的流动薄层,又称流动边界层、附面层。
    所谓高雷诺数就是大于4000的雷诺数被称为高雷诺数。
    他又查了湍流微团。
    片刻后他笑道:“还真有层流微团,也有过渡层微团,但一般都叫做湍流微团,或者流体微团。”
    “微团具有随机性,因为这种随机运动才使得流体的运动。”
    “所以说,紊动机理中最重要的是湍流微团,只要搞懂湍流微团,差不多也就搞紊动机理。”
    “再看看什么叫紊动应力。”
    很快,他就查到了。
    紊动应力又称为雷诺应力,它是由脉动流引起的切应力,是产生再紊动水流流体内部的切应力。
    漩涡的垂向运动使素流中各水层的性质可以不断进行交换,其中动量的交换产生素动应力,从而决定了平均流速场,通过动量交换的过程,水层间动量交换的结果所以会产生剪力。
    “所以说紊动应力的切应力产生漩涡,给流体带来动力,使得流体从层流不断向湍流前进。”
    “那么紊动机理中就不是湍流微团最重要,而是紊动应力。”
    “因为有紊动应力,才产生湍流微团,才使得流体运动。”
    卓越吐出一口气,脑海中整理出近段时间对湍流的学习。
    许久后,他心道:“要想推导出湍流方程,必须知道流体的三种状态,雷诺数是判定流体的三种状态,之后知道紊动机理,紊动机理里包含紊动应力和湍流微团,然后要知道雷诺临界点和边界层,靠边界层和N-S方程可推导出边界层方程,这应该就是流体从层流到湍流的整个过程。”
    “最后就可推导出湍流方程!”
    卓越又是一笑,“从这我倒是可以先推出边界层方程,虽然N-S方程论文还没发表,但边界层方程的论文可以提前发表到自然杂志。”
    发表一个边界层方程,只能获得一个小成就,让湍流进步一小步。
    这点小成就,别说美利坚,就连一名国际知名物理学家都不看在眼里。
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