风的路径：气体湍流照片(組圖)（图）

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。

这是一张“湍流”的 3D 图片。对于有关湍流的原始数据，我们很难将其理解为抽象数字以外的任何东西。为了便于人们对湍流有个直观的印象，科学家使用轮廓线展示它们的形状，例如我们在图片中看到的紫色版本。

图片来源：劳伦斯·伯克利国家实验室

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。』

图片来源：明尼苏达州大学

3.飘动的头发

很多开发类似洗发香波产品的公司，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。

图片来源：ANSYS公司

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。

图片来源：ANSYS公司

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。

图片来源：明尼苏达州大学

6.磁场


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。

图片来源：劳伦斯·伯克利国家实验室

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。

图片来源：劳伦斯·伯克利国家实验室

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。

图片来源：科罗拉多州立大学和 ANSYS 公司

9.穿过汽车护栅


在一个虚拟风洞内，空气以大约每小时 70 英里(约合每小时 112 公里)的速度，穿过 2008 出产的一辆“ 轻巡洋舰 Z06 ” 的护栅。湍流强度越大，汽车利用空气动力学的程度就越低，但经过引擎罩下方时，湍流也会起到冷却引擎的作用。

图片来源：通用汽车公司

10.流体湍流


这是一张展示流体湍流，如何在 3 个维度流动的图片。在解释这一复杂的图片时，就连创建它的研究人员都感到有些头疼。目前，他们的高性能超级计算机，仍在费力地勾勒像飞机湍流一样简单的流体湍流轮廓。令人欣慰的是，随着计算机运行速度更快，以及效率更高的软件出现，我们有可能看到更为清晰的图片，展示风如何吹、水如何从龙头流出、流体在宇宙中移动，和撞击时会发生什么。

图片来源：劳伦斯·伯克利国家实验室