4月8日。
哈城会展中心。
学术报告厅内。
夏国物理学会2015年学术会议,隆重开幕。
该学术会议,是夏国物理学界规模最大的学术盛会,2400余位国内外专家学者参加。
本届会议,将用三天时间,对物理学前沿问题,进行深入探讨。
其中,2004年诺贝尔物理学奖得主戴维·格罗斯,也上台作专题报告。
报告厅内。
主持人开口道:“现在请夏国海洋大学物理与光电工程学院副院长、博士生导师、国家级名师——李明陌教授,上台作学术报告!”
话音落下,现场掌声阵阵。
西装革履的李明陌,将U盘放进电脑USB接口。
现场多媒体屏幕上,显示一行论文标题《湍流结构的详细计算!》
看到论文标题。
学术报告厅内,一片轰动。
现实生活里,湍流现象随处可见。
大气中的乱云飞渡、河流中的险滩急流、热电厂上空的滚滚浓烟、在人体动脉中流动着的血液等等,都属于湍流现象。
用物理学的说法。
水体、大气和等离子体这样的流体介质,有层流和湍流两种运动状态。
层流,是指介质的分子是无规则运动,但流体团却在做有规则的运动,可以看到清晰的流线图像。
湍流,是指介质的分子和流体团,都在做无规则运动,其迹线会缠绕成一团乱麻。
在物理学领域。
科学家们对湍流的研究,已经持续200多年。
时至今日,湍流依旧是经典物理流体力学,尚未攻克的难题。
无数青年才俊扎进湍流这个深坑,再也没有爬出来。
而此刻……
李明陌教授的论文,竟然是湍流结构的计算?
这也太匪夷所思了吧!
莫非李教授,真的在湍流领域,取得重磅级突破?
要知道,当年鹰国流体力学家赫瑞思·兰博,曾说:“我已经很老了,当我去天堂见到上帝的时候,我会问他两个问题,一個是量子力学,一个是关于湍流的。我估计,第一个问题是有答案的。”
由此可见。
想要算清湍流的结构和产生的物理机理,恐怕连上帝都不知道。
科学诞生以来,始终没有物理学家,能真正研究透湍流。
李明陌教授,真的能做到吗?
……
高台之上。
李明陌一边操控PPT,一边缓缓开口道:“湍流是一种随时间和空间变化的不规则的杂乱无章而又是有组织的流体运动。
类似翻滚的云层,狂啸的飓风,湍急的河流,水龙头哗哗的流水,飞机起降所产生的旋涡,地球的整个大气层,木星表面那些气体旋涡等等,都是湍流。
湍流可以增强燃料混合,提高燃料效率,对大气环流,海洋气候,天气预报等等,都有重要影响。
因此,对湍流的研究,具有非常深的理论意义及应用价值。
今天这篇论文,我从湍流产生的物理机理、湍流从平滑到湍急、什么时候哪个分子的运动搅乱了整个运动秩序、什么决定某个分子在某个时刻突然变得不稳定、湍流的结构计算等角度,以及描述流体运动的纳维-斯托克斯方程,详细向大家讲述一下湍流……”
听到这话。
在场的物理专家和学者,都正襟危坐,聚精会神的听李明陌讲述论文。
如果湍流的结构真的能计算。
那整个物理界,将迎来天翻地覆的变化。
高台之上。
李明陌侃侃而谈道:“物理界的能量梯度理论,用于研究流动稳定性和湍流转捩。
其结果发现,在转捩流动中,流场中沿流线法线方向的机械能梯度对流动起非稳定性作用,沿流线方向的机械能梯度对流动起稳定作用,流动的稳定性取决于这两个量的比值,这个比值是一个无因次变量,被定义为能量梯度函数,其物理意义是一个当地雷诺数。
湍流转捩发生与否取决于流场中能量梯度函数的大小及扰动的无因次幅值。
在非定常扰动的作用下,当流场中某个位置总机械能梯度的矢量方向垂直于速度矢量时,当地的能量梯度函数值变为无穷大,此点就成为了okes方程的奇点。
在此奇点位置,流向速度突变为零,速度发生尖端,而压力产生峰值。
实际上这就是湍流产生的开始。
大家请看大屏幕。
流场变化的这个理论预测与实验获得一致,这就是实验中发现的湍流产生的‘猝发’现场。
用泊松方程分析方法再次证明,机械能梯度与速度矢量相互垂直的点,为流场中的奇点。
通过严格的数学证明,湍流产生的必要及充分条件,是流场中出现纳维-斯托克斯方程的奇点。
湍流是由于流场中的速度间断导致的奇点,所引起的非线性失稳所产生的。
湍流的发生与否,完全取决于流场中机械能梯度的大小和方向。
牛顿流动中雷诺数Re的变化和非牛顿流动