物理学家做出突破理解湍流液体

沿着边界流体流动时,不规则边界引起的表面摩擦阻力,进而产生“暴跌”液体,或动荡。湍流在日常生活中无处不在影响治理河流和石油管道的流动,拖累飞机和棒球,甚至我们的身体的血液循环。

尽管它的重要性,然而,动荡原因还不是很清楚。即使在今天,工程师不能准确预测所需的压力迫使石油或天然气等流体通过管道所需的速度;相反,他们从现象学图表的基础上推断出流量实验,都是在1930年代。

长期连接在流体流动摩擦阻力和涡流之间,首先提出的Gustavo Gioia,Pinaki Chakraborty和奈杰尔Goldenfeld在伊利诺伊大学已经通过实验测试,报告在今天自然物理。测量是由一个团队从伊利诺伊大学香槟分校(Tuan Tran Pinaki Chakraborty,尼古拉斯·古滕贝格除了Gioia和Goldenfeld),从匹兹堡大学(Alisia普雷斯科特和沃尔特Goldburg)和波尔多大学的(哈米德Kellay)。

在这些实验中,垂直流动的肥皂膜间举行两个电线穿turbulence-inducing梳,和流体运动是由激光探测。肥皂膜足够薄流体的行为就好像它是二维,三维。设置测量二维紊流速度波动和摩擦阻力的边界电线。

理论预测,在二维流体,因为波动和阻力之间的关系,阻力应该有一个特殊的依赖流动速度,不同于观察常规三维湍流管流。新的实验完全支持伊利诺斯州的理论工作,但不在标准教科书的预期,可以追溯到20世纪初。

虽然动荡仍然是一个非常具有挑战性的问题,进展发生,因为调查人员问一个新的问题:我们如何能把小规模的波动在湍流的大规模影响湍流阻力?根据团队进行实验,工作有实际应用的意义:例如,它可以用来预测如何通过长管道运输石油和天然气在降低能源成本,增加聚合物分子的流体流动阻力较低。