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-- 发布时间：2016/12/7 15:49:44
-- 湍流现象
湍流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动。在湍流中的流体的各种物理参数，如速度、压力、温度等都随时间与空间发生随机的变化。从物理结构上说，可以把湍流看成是由各种不同尺度的涡旋叠合而成的流动，这些漩涡的大小及旋转轴的方向分布是随机的。大尺度的涡旋主要是有流动的边界条件所决定，其尺寸可以与流场的大小相比拟，是引起低频脉动的原因;小尺度的涡旋主要是有粘性力所决定，其尺寸可能只有流场尺度的千分之一量级，是引起高频脉动的原因。大尺度的涡旋破裂后形成小尺度涡旋。较小尺度的涡旋破裂后形成更小尺度的涡旋。因而在充分发展的湍流区域内，流涕涡旋的尺度可在相当宽的范围内连续地变化。大尺度的涡旋不断地从主流获得能量，通过涡旋间的相互作用，能量组建向小的涡旋传递。最后由于流体粘性的作用，小尺度的涡旋不断消失，机械能就转化(或称为耗散)为流体的热能。同时，由于边界作用、扰动及速度梯度的作用，新的涡旋又不断产生，这就构成了湍流运动。
流体内部多尺度涡旋的随机运动构成了湍流的一个重要特点:物理量的脉动。
要注意的是，湍流运动尽管是流体微团的运动，但远未达到分子水平。无论湍流运动多么复杂，非稳态的N-S方程对于湍流的瞬时运动仍然是适用的。
-- 发布时间：2016/12/7 15:50:24
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Van.Kavman和I.G Taylor对湍流的定义为:
湍流是流体和气体中出现的一种无规则流动现象，当流体流过固体边界或相固流体相互流过时会产生湍流。
Hinze对湍流的定义为:
湍流是时间和空间上的一种不规则的随机变化，可利用不同的统计平均值来统计。
Bradshan对湍流的定义为:
湍流是宽范围尺度的涡旋组成的。
用一句话总结湍流:
在一定雷诺数下，流体表现在时间和空间上的随机脉动运动，流体中含有大量不同尺度的涡旋(eddy)。
-- 发布时间：2016/12/7 15:58:42
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湍流问题曾被称为“经典物理学最后的疑团”。因为它涉及到从微观到宏观许多时空尺度上的运动，它不仅和周围进行着能量交换，其内部也存在着各式各样的能量交换。有人估计,即使是一杯咖啡被搅拌时也会产生1012比特/秒的信息。难怪对湍流的研究进展甚缓，至今还停留在半经验理论的水平上。
-- 发布时间：2016/12/7 16:01:20
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我们知道：从理论上解决湍流问题的重大障碍是流体力学基本方程——纳维尔—斯
托克斯（Navier－Stockes）公式的非线性。以前只知道这类方程的定常解不稳定，会出现分岔，至于这以后会发生什么就不清楚了。1963年，洛伦兹（Lorentz）在电子计算机上进行大气对流的数值实验时，发现一个完全确定的三阶常微分方程组，在一定的参数范围内给出了非周期的、看起来很混乱的输出。传统的观念根本无法解释洛伦兹的发现。起先他以为随机性来自计算机的误差，
在排除了种种随机因素后还是出现了上述现象。面对事实，他冲破了旧的观念，提出了一种新的湍流发生机制。由于受到当时科学水平的限制，人们没有也不可能意识到这项工作的划时代意义，加之论文登在一本不太出名的杂志上，所以一直过了将近十年，这项工作才被重视起来。人们开始认识到确定论系统的内在随机性——混沌（chaos）是客观事物固有的特性，对它的研究很可能导致湍流问题的突破性进展。
确实，混沌现象的发现是人类认识自然的又一次飞跃。以前，我们把对自然界的描述分为确定论和概率论这二套看起来完全对立的方法，取得了很大的成功。但是对造成它们之间差别的原因，以及它们之间的联系等一系列根本问题，却始终没有得到满意的答复。以致统计物理的奠基人玻尔兹曼（Boltzmann）也为此而苦恼万分，人们对随机性的出现存在两种观点。有文献认为，统计方法只是处理大量粒子体系的一种权宜之计，有朝一日它将要被精确的确定论计算淘汰掉。但是，比较多的人认为：对于大量粒子所组成的复杂系统而言，统计规律是它们本身所特有的，决不能把它还原为力学规律。从确定论到概率论的发展在哲学上常常用来说明量的增加必定导致质的改变。但是对于中间的转化过程，由于缺乏必要的手段，所以一直没有搞清楚。电子计算机的应用使我们找到了这个问题的答案：只要确定论的系统稍微复杂一点，它就会出现随机行为，被人奉为确定论的典型——牛顿力学——具有内在的随机性。在确定论和概率论的描述之间存在着由此及彼的桥梁。
混沌理论刚出现就解决了这个百年悬案，所以有人把混沌理论和确定论、概率论并列起来，作为人类认识客观世界的又一套方法论，称为混沌论。在近阶段，混沌理论在哲学上的意义远大于它在一些具体问题上的意义，它标志了人类对客观世界的认识已进入了一个新阶段——不仅对“非此即彼”的明晰形态，而且对“亦此亦彼”的过渡性形态都能进行比较详细的研究。与随机性相关的混沌理论以及与可能性相关的模糊数学都在迅速地发展着，虽然它们研究的对象不尽相同，但是它们所描述的都是客观事物的不确定性。
-- 发布时间：2016/12/7 16:05:09
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刘昌喆发现了与卡门涡街不同的射流涡街，在射流涡街实验中，演示了低速入塘射流会有左右交替生成涡街现象，速度升高以后射流还会出现甩尾现象。参见本博图片。自然河流中也常有射流涡街现象，不过至今还没有多少人对此注意。刘昌喆于2011年录到了深圳沙河中射流涡街视频影像。参见新发现涡街日志中视频。
北京航空学院（现在的中国航空航天大学）著名教授宁幌讲课说过“流体经不住搓，一搓就有涡。”这话最早出自普朗特关门女弟子、北航创始人陆士嘉教授。这种大家熟识的现象力学过程涉及新涡流学理论，对它详细的分析不在本文范围。简单地描述就是速度差会产生局部低压区域，也可以称为“涡核”。因低压区使低压区具有速度差部分流束受到法向力，产生法向加速度旋转成涡（或曲线偏转）。
常态速度差的流体“搓出”的涡（或曲线偏转）不会是单独孤立的，一个形成的涡会随流滚动（曲线偏转会随流移动），后面新的速度差条件就会形成新涡，这样就能形成间断的涡系列（或连续的振荡曲线）。射流的速度差是双面对称存在的，所以两边都有搓出涡的条件。在一面形成涡旋的后部旋流对于另一面有法向干扰，这一干扰诱导加速了这另一面搓成涡速度，在干扰者身后的对面迅速形成旋向相反的新涡。这样的过程交替反复，所以会左右交替形成涡列（或正弦振荡曲线）。这交错对应的两个涡列就是射流涡街，以上就是射流涡街形成过程的力学解释。在自然界中这种现象的痕迹随处可见，如小股溪流冲过松软平坦的泥滩时，所留下的沟痕不是笔直而是弯曲的。自然界无论湍急还是舒缓的河流的河岸也基本都是左右交替弯曲，也是这个道理。所以射流涡街理论也是研究堤岸冲刷力学的理论，值得人们深入研究它。
经实验发现：射流与相对流入环境或界面形成较高速度差时，会出现的甩尾现象。这在自然界也是常见现象，如常见的通水软管终端在失去约束时会摆动，如蛇样左右弯曲。就是射流甩尾现象的体现。是一种不完整回转—波振荡的力学现象。
再进一步增加射流速度时，振荡与微局部搓动涡逐渐剧烈，也就出现湍流。速度差引起交替成涡和振荡是湍流的真正成因。船用螺旋桨推进时，向后推出的射流相对水体环境速度很高，所以形成一条向后如沸腾般的湍急流带。
观察雷诺实验的逐渐加速，层流变为湍流过程：在管流断面上，速度按高斯曲线分布。这是因附面层拖阻引起速度差。速度差形成交替的低压力区域而不形成完全涡。而这交替的低压力区域随流移动（其移动速度约为中心流速度二分之一）。体现形式流体中心开始法向正弦振荡，中心（染色）流形成正弦状曲线以近于中心流动一半速度移动。随着流速加大振荡频率加快，直至后来形成湍流。
-- 发布时间：2016/12/7 16:13:55
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此主题相关图片如下：1386393538894omdpl.jpg
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-- 发布时间：2016/12/7 16:15:12
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据美国《探索》杂志报道，湍流是一种自然存在的现象，只要有空气就会有湍流发生。可是，虽然有些湍流很剧烈，但我们仅凭肉眼很难看到。在下列10张图片中，读者可以看到湍流这个不可见之物“现形”后的样子。
1. 3D湍流
对于绝大多数人而言，湍流无疑是一个讨厌的敌人，正是它让飞行之旅出现“胃下沉时刻”。但对于研究人员来说，湍流却是流动物质——包括所有液体和气体——交互作用变得猛烈和混乱的关键点。
2.切变速度
当不同密度的气体以相对较高的速度移动时，就会形成羽翼丰满的湍流。在这张图片中，一种气体的密度是另一种的2.5倍，在相对移动速度达到每小时380英里(约合每小时611公里)时，它们就会变成湍流。弗吉尼亚理工学院机械工程学副教授达尼什·塔夫蒂(Danesh Tafti)说：“除了确定的移动速度外，所有气体的流动性都变得不稳定，它们会起伏波动并形成湍流。”
3.飘动的头发
很多开发类似洗发香波的产品的公司都利用模拟方式，观察长发及洗发产品如何在气流中飘动，以及如何与水、灰尘和其它因素发生反应。为了制造完美的风吹发效果，电脑模拟所需要的时间绝对超出我们想象。
4.击球瞬间
在空中飞行时，高尔夫球前部受到的压力要远远高于后面，致使阻力加大并减少落地距离，这就是为什么要在高尔夫球表面制造凹痕。凹痕能够让气体湍流与球进行更亲密接触，进而产生可减少阻力和延长落地距离的气体漩涡。
-- 发布时间：2016/12/7 16:16:48
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5.混合的气体
这些彩色漩涡展现的是两种截然不同的气体混合在一起时的模样，上方气体的密度是下方的3倍。在两种气体之间不稳定的分界面，最初的小规模扰动很快变得猛烈起来。这项测试有助于我们了解恒星内部的对流。
6.磁场：恒星的磁场导致的湍流
在新恒星诞生过程中，湍流也扮演了至关重要的角色。在这种图片中我们可以看到，气体和其它物质在一颗新诞生的恒星周围的一个圆盘中形成漩涡，但恒星的磁场导致湍流产生，将物质撞出圆盘并使其坠入中央位置。这张有关磁场湍流的模拟图是由芝加哥大学创建的。
7.三维地形
即使是湍流现象中最为简单的交互作用，计算机也需要数千小时进行分析和模拟。这张图片来自一项耗时近120万处理器小时的研究计划，所有时间都用来研究湍流如何在3个维度消耗能量上。
-- 发布时间：2016/12/7 16:18:03
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-- 发布时间：2016/12/7 16:18:25
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8.风的路径
核电厂和化学工厂的冷却塔会释放有毒水滴，并被风带走。在冷却塔周围的其它高层建筑所在区域，这种空气流动变得更加复杂，预示着哪些地方的有毒水滴不会被风轻易带走。科罗拉多州立大学和ANSYS公司的研究人员创建了这副模拟图，用以展示空气流动的所有不同路径。冷却塔位于中央位置，就在颜色最为集中的区域附近。