《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。