風的路徑:氣體湍流照片(組圖)(圖)
作者:孝文
發表:2008-09-14 20:48
據美國《探索》雜誌報導,『湍流』是一種自然存在的現象,只要有空氣就會有湍流發生。可是,雖然有些湍流很劇烈,但我們僅憑肉眼很難看到。在下列 10 張圖片中,讀者可以看到湍流這個不可見之物「現形」後的樣子!
1.3D 湍流
3D 湍流
對於絕大多數人而言,湍流無疑是一個討厭的敵人,正是它讓飛行之旅出現「胃下沉時刻」。但對於研究人員來說,湍流卻是流動物質 —— 包括所有液體和氣體 —— 交互作用變得猛烈和混亂的關鍵點。
這是一張「湍流」的 3D 圖片。對於有關湍流的原始數據,我們很難將其理解為抽象數字以外的任何東西。為了便於人們對湍流有個直觀的印象,科學家使用輪廓線展示它們的形狀,例如我們在圖片中看到的紫色版本。
圖片來源:勞倫斯·伯克利國家實驗室
2.切變速度
切變速度
當不同密度的氣體,以相對較高的速度移動時,就會形成羽翼豐滿的湍流。在這張圖片中,一種氣體的密度是另一種的 2.5 倍,在相對移動速度,達到每小時 380 英里(約合每小時 611 公里)時,它們就會變成湍流。
弗吉尼亞理工學院,機械工程學副教授「達尼什·塔夫蒂」(Danesh Tafti)說:『除了確定的移動速度外,所有氣體的流動性都變得不穩定,它們會起伏波動並形成湍流。』
圖片來源:明尼蘇達州大學
3.飄動的頭髮
飄動的頭髮
很多開發類似洗髮香波產品的公司,都利用模擬方式,觀察長發及洗髮產品如何在氣流中飄動,以及如何與水、灰塵和其它因素髮生反應。為了製造完美的風吹發效果,電腦模擬所需要的時間絕對超出我們想像。
圖片來源:ANSYS公司
4.擊球瞬間
擊球瞬間
在空中飛行時,高爾夫球前部受到的壓力要遠遠高於後面,致使阻力加大並減少落地距離,這就是為什麼要在高爾夫球表面製造凹痕。凹痕能夠讓氣體湍流與球進行更親密接觸,進而產生可減少阻力,和延長落地距離的氣體漩渦。
圖片來源:ANSYS公司
5.混合的氣體
混合的氣體
這些彩色漩渦,展現的是兩種截然不同的氣體混合在一起時的模樣,上方氣體的密度是下方的 3 倍。在兩種氣體之間不穩定的分界面,最初的小規模擾動很快變得猛烈起來。這項測試有助於我們瞭解恆星內部的對流。
圖片來源:明尼蘇達州大學
6.磁場
恆星的磁場導致的湍流
在新恆星誕生過程中,湍流也扮演了至關重要的角色。在這種圖片中我們可以看到,氣體和其它物質,在一顆新誕生的恆星周圍的一個圓盤中形成漩渦,但恆星的磁場導致湍流產生,將物質撞出圓盤並使其墜入中央位置。這張有關磁場湍流的模擬圖,是由『芝加哥大學』創建的。
圖片來源:勞倫斯·伯克利國家實驗室
7.三維地形
三維地形
即使是湍流現象中最為簡單的交互作用,計算機也需要「數千小時」進行分析和模擬。這張圖片來自一項,耗時近 120 萬處理器小時的研究計畫,所有時間,都用來研究湍流如何在 3 個維度消耗能量上。
圖片來源:勞倫斯·伯克利國家實驗室
8.風的路徑
風的路徑
核電廠和化學工廠的冷卻塔會釋放有毒水滴,並被風帶走。在冷卻塔周圍的其它高層建築所在區域,這種空氣流動變得更加複雜,預示著哪些地方的有毒水滴不會被風輕易帶走。科羅拉多州立大學,和 ANSYS 公司的研究人員創建了這副模擬圖,用以展示空氣流動的所有不同路徑。冷卻塔位於中央位置,就在顏色最為集中的區域附近。
圖片來源:科羅拉多州立大學和 ANSYS 公司
9.穿過汽車護柵
穿過汽車護柵
在一個虛擬風洞內,空氣以大約每小時 70 英里(約合每小時 112 公里)的速度,穿過 2008 出產的一輛「 輕巡洋艦 Z06 」 的護柵。湍流強度越大,汽車利用空氣動力學的程度就越低,但經過引擎罩下方時,湍流也會起到冷卻引擎的作用。
圖片來源:通用汽車公司
10.流體湍流
流體湍流
這是一張展示流體湍流,如何在 3 個維度流動的圖片。在解釋這一複雜的圖片時,就連創建它的研究人員都感到有些頭疼。目前,他們的高性能超級計算機,仍在費力地勾勒像飛機湍流一樣簡單的流體湍流輪廓。令人欣慰的是,隨著計算機運行速度更快,以及效率更高的軟體出現,我們有可能看到更為清晰的圖片,展示風如何吹、水如何從龍頭流出、流體在宇宙中移動,和撞擊時會發生什麼。
圖片來源:勞倫斯·伯克利國家實驗室
来源:新浪科技
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