科学网—《探索》杂志:肉眼看不见的气体湍流
时间:2017-12-07

  科学网 - “发现”杂志:看不见的气体湍流照片

  北京时间9月11日消息,据美国“发现”杂志报道,动荡是一种自然现象,只要空气中会出现动荡。但是,虽然动荡不安,但肉眼难以看清。在下面的10张照片中,读者可以看到湍流的外观,一个看不见的物体。

  3D湍流

  3D动荡(来源:劳伦斯伯克利国家实验室)

  对于绝大多数人来说,动荡无疑是一个讨厌的敌人,它是使胃胃之旅沉沦的时刻。但是对于研究人员来说,湍流是包括所有液体和气体在内的流体物质变得剧烈和混乱的一个点。

  这是一个动荡的3D图片。对于湍流的原始数据,很难理解除抽象数字以外的任何内容。为了方便人们对动荡的视觉印象,科学家们使用轮廓来展现他们的形状,比如我们在图片中看到的紫色版本。

  2.剪切速度

  剪切速度(来源:明尼苏达大学)

  当不同密度的气体以相对较高的速度移动时,会形成一些饱满的湍流。在这个图像中,一个气体的密度是另一个2.5倍,相对移动速度为380英里每小时(约611公里每小时)时,它们变成了湍流。弗吉尼亚理工学院机械工程系副教授达西·塔夫迪(Danesh Tafti)说:除了确定的移动速度,所有的气体流动都变得不稳定,并且波动剧烈。

  3.飘飘的头发

  飘飘的头发(来源:ANSYS)

  许多正在开发的类似洗发产品公司正在使用模拟模式来观察毛发和洗发产品在气流中流动的时间,以及如何与水,灰尘和其他因素发生反应。为了创造完美的吹风效果,电脑模拟所需的时间绝对超出我们的想象。

  4.打一下

  击中当下(资​​料来源:ANSYS公司)

  在空中飞行时,高尔夫球员前方的压力远高于后方,导致阻力增加并降低着陆距离,这就是为什么在高尔夫球表面制造凹痕的原因。凹坑允许气体湍流与球接触更紧密,形成气体涡流,减少阻力并延长着陆距离。

  5.混合气体

  混合气体(来源:明尼苏达大学)

  这些彩色漩涡显示两种不同气体的混合物,气体的密度在三倍以下。在这两种气体不稳定的界面上,最初的小规模扰动迅速变得剧烈。这个测试帮助我们了解恒星内部的对流。

  磁场

  恒星磁场引起湍流(来源:劳伦斯伯克利国家实验室)

  湍流在新星的诞生中也起着至关重要的作用。在这幅图中,我们可以看到,气体和其他物质在一个新生的星体周围的一个圆盘上漩涡,但是恒星的磁场引起了湍流的产生,物质和撞击撞击到了中心圆盘的位置。芝加哥大学创造了现场动荡。

  7.三维地形

  3D地形(来源:劳伦斯伯克利国家实验室)

  即使湍流现象最简单的相互作用也需要数千小时的计算机分析和模拟。图片来自一项耗时近120万小时的研究项目,一直研究湍流如何在三维空间中消耗能量。

  风道

  风道(来源:科罗拉多州立大学和ANSYS)

  核电站和化工厂的冷却塔释放出有毒的水滴,被风吹走。冷却塔周围的其他高层建筑物的空气流动变得更为复杂,表明有毒水滴不容易被风带走。科罗拉多州立大学和ANSYS的研究人员创建了这个模型来展示所有不同的空气流动路径。冷却塔位于中心,就在颜色最集中的区域。

  9.通过汽车格栅

  通过汽车格栅(来源:通用汽车)

  在一个虚拟的风洞中,空气以每小时约70英里(约每小时112公里)的速度穿过2008年生产的轻型巡洋舰Z06的格栅。湍流强度越大,车辆在空气动力学上的利用越少,但湍流也在发动机罩下通过时起到冷却发动机的作用。

  10.流体湍流

  流体湍流(来源:劳伦斯伯克利国家实验室)

  这张照片显示了三维流体湍流是如何流动的。在解释这个复杂的图片时,即使是创建它的研究人员也感到头痛。目前,他们的高性能超级计算机仍然费力地描绘出流体湍流轮廓,就像飞机中的湍流一样简单。好消息是,随着计算机运行速度越来越快,软件出现的效率越来越高,可以看到更清晰的图片显示风吹,水从水龙头流出的方式,流体在宇宙中移动的方式和影响。

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