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《學霸系科學家系統》第四十八章 層流到湍流
  回到房間,卓越洗過澡後,坐在桌子前打開電腦,看著一旁的本子,上面是聚會時記的關於湍流的知識,他將它們記到電腦中。

  【紊動機理是質點有規律地作分層流動,無論流動邊界如何變化……】

  【介於上下臨界雷諾數之間的流動為過渡段,這個階段流動的重要特征是流動的不穩定性……】

  湍流又叫做紊流,湍流的形成,是從層流開始,也是流體流速最慢的時候,流速緩緩增大,到達一定流速時,是過渡流,流速再增大,達到一定流速時是湍流。

  判定層流、過渡流和湍流的流層是由雷諾數根據流體流速判定的,三種狀態的過渡到達狀態切換點時叫做臨界點,也叫做臨界雷諾數,比如層流到過渡流,之間狀態切換的點就是臨界雷諾數。

  而推動層流向過渡流和湍流前進的是紊動機理。

  卓越心道:“紊動機理到底是什麽?”

  他上網查了些資料,但對於紊動機理理解的還是很模糊。

  會議開始時間是在十五號,今天是十三號,第二天他們還有一天空閑時間。

  但很多物理學家大部分都會提前兩三天到來,卓越他們來的已經算遲的了,他們來到後會進行一些學術交流。

  畢竟像這樣的聚會幾年才有一次,所以機會很難得。

  第二天吃完早飯,方老對著院長和楊教授道:“你們自己去找人聚聚吧,我昨天晚上約了一些人,我要帶卓越過去。”

  院長和楊教授點了點頭。

  院長是研究材料的,楊教授以前是研究液晶的,之後就開始研究理論物理的物理弦振動。

  兩人研究的領域不同,所以都有各自想聚的人。

  等到他們離開後,方老帶卓越進入一個包間中,這個包間的所有人都是談論流體力學的。

  流體力學是物理的一個領域,很多人把它作為自己主要研究方向,這類人被稱為流體力學家。

  他們看到方老進來驚訝了一下,畢竟方老不是研究流體力學的,也從不和他們交談流體力學。

  但他進來他們也沒問,對方老點了點頭,之後繼續他們的交談。

  方老帶著卓越找個位置坐下,卓越拿出本子和筆記錄自己認為重要的東西。

  此時,一位有著咖啡色膚色,面容粗曠,白色的頭髮有卷毛,看上去像印國的中年男子道:“湍流中的湍流微團的總運動是反向運動,流體微團的軌跡機器紊亂,變化時間很快,這種現象的運動會引起的動量、熱量和質量的傳遞,其傳遞速率比層流高好幾個數量級。”

  卓越心中一動,“湍流微團?”

  “所以說流體之所以從層流到湍流,是因為有湍流微團?”

  “有湍流微團,那麽是不是也有過渡流微團和層流微團?”

  一位白人老頭道:“我前段時間聽說有人推導出N-S方程了,我們是不是加以考慮?”

  另一位白人老頭道:“我也聽說了,並且進行了研究,我發現它對湍流有很大的幫助,它可以計算出湍流瞬時速度、瞬時壓力和平均法。”

  一位黃種人老頭道:“如果這樣的話,倒是對邊界層有很大的幫助。”

  他看上去像一位島國人。

  “嗯!”眾人點頭。

  卓越心道:“邊界層?這是什麽?”

  另一位黃種人老頭道:“我在來之前,已經通過N-S方程計算出邊界層厚度。”

  從他的穿著、形體和英語發音,

看上去應該是寒國人。  “速度邊界層厚度、位移厚度、動量厚度和形狀因子。”

  一位黑人老頭道:“如果照這麽說的話,倒是可以推導出邊界層方程!”

  黃種人老頭點頭道:“是的,我相信不久我就能出一篇關於邊界層方程的論文了,這又是我們對湍流研究的一大進步。”

  其余很多人目光閃爍,心中很意動,他們也想出一篇關於邊界層方程的論文。

  作為科學家,不僅是科學的未知讓他們深深著迷,並且當學術研究到一定地步的時候可以名利雙收。

  每一次當有對某一領域有影響的論文出現時,發表者都會讓更多的人記住。

  但是他們心中長歎,要是早對N-S研究就好了,他們也能發表邊界層方程。

  可是現在時間來不及了,看樣子只能讓這位寒國人發表了。

  “邊界層方程?我是不是也可以發表,畢竟論對N-S方程的了解,應該沒人超過我。”

  “但首先我要搞懂什麽是邊界層!”

  “大家都知道,層流到湍流的過程,不僅是因為湍流微團,還有紊動應力。”

  卓越心道:“紊動應力?”

  短短時間,他聽到了許多陌生的詞匯,讓他學會了許多知識。

  方老在這坐了一個多小時,然後讓一個認識的人照顧一下卓越,之後他就出去了。

  又是一天的聚會,還是和昨晚一樣,吃飯都在包間裡吃,直到晚上十點才結束。

  卓越聽的卻是意猶未盡。

  回到房間後,他就查邊界層的信息。

  “原來是這東西!”卓越道。

  所謂邊界層,就是高雷諾數繞流中緊貼物面的粘性力不可忽略的流動薄層,又稱流動邊界層、附面層。

  所謂高雷諾數就是大於4000的雷諾數被稱為高雷諾數。

  他又查了湍流微團。

  片刻後他笑道:“還真有層流微團,也有過渡層微團,但一般都叫做湍流微團,或者流體微團。”

  “微團具有隨機性,因為這種隨機運動才使得流體的運動。”

  “所以說,紊動機理中最重要的是湍流微團,只要搞懂湍流微團,差不多也就搞紊動機理。”

  “再看看什麽叫紊動應力。”

  很快,他就查到了。

  紊動應力又稱為雷諾應力,它是由脈動流引起的切應力,是產生再紊動水流流體內部的切應力。

  漩渦的垂向運動使素流中各水層的性質可以不斷進行交換,其中動量的交換產生素動應力,從而決定了平均流速場,通過動量交換的過程,水層間動量交換的結果所以會產生剪力。

  “所以說紊動應力的切應力產生漩渦,給流體帶來動力,使得流體從層流不斷向湍流前進。”

  “那麽紊動機理中就不是湍流微團最重要,而是紊動應力。”

  “因為有紊動應力,才產生湍流微團,才使得流體運動。”

  卓越吐出一口氣,腦海中整理出近段時間對湍流的學習。

  許久後,他心道:“要想推導出湍流方程,必須知道流體的三種狀態,雷諾數是判定流體的三種狀態,之後知道紊動機理,紊動機理裡包含紊動應力和湍流微團,然後要知道雷諾臨界點和邊界層,靠邊界層和N-S方程可推導出邊界層方程,這應該就是流體從層流到湍流的整個過程。”

  “最後就可推導出湍流方程!”
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