1樓：林飛
@Kaiser 知乎管理員覺得我在真的在罵你.而且有紅衛兵忙著舉報.
我真是太不友善了.求管理員淨化我汙濁的心靈.
知乎換負情商的管理員了嗎?
2樓：王司圖
先給大家看副畫，這個畫裡的海浪就是Kelvin-Helmholtz不穩定性的乙個例項，日語叫つなみ，中文叫浪催的。
腸炎道，「清氣上公升，濁氣下沉」——這是穩定態。海水密度比空氣大，圖里的浪尖比波谷處的空氣還要高，這顯然是個不穩定態。要打破穩定態，是需要外力的，這個外力就是風。
把上面這個例項抽象化一下，就是兩種流體接觸，密度大的在下，速度低；密度小的在上，速度高，形成乙個剪下層。
再說回「轉捩」（捩音同烈），即層流到湍流的變化過程（transition），其實轉捩的原理就是「Hold不住」。
大家可能聽過雷諾數(Reynolds number)，它跟讓·雷諾（Jean Reno）並沒有關係，表示慣性力和粘性力的比。
慣性力是跟動能有關的，它和郭富城一樣，希望你「動起來」。
粘性力則是跟速度梯度有關的，它的作用是消弭速度差，所以當流體的一部分要動的時候，就成了阻力。
我們知道層流一直很安靜，雷諾數也很小，這是因為動力相對阻力還很小，所以被粘性力給「Hold住了」。
開爾文-亥姆霍茲的不穩定性，與別處是不同的。
這裡需要再介紹乙個數，叫理查德森數（Richardson number):
因為知乎的公式編輯器裡沒有散度符號，所以就不寫出具體公式了，分子是浮力項，分母是流動梯度項。
浮力大家都懂，流動梯度也好理解，兩層接觸的流體速度不一樣，就有了梯度。
在K-H不穩定性中，粘性力不再是單純的阻力了，也可以是動力。上層流速高的流體，通過粘性作用，會把下層低速流體的速度也提高，這叫「把人往高層次帶」。
當然如果速度不夠快或者下面的實在太沉太慢，也會實在帶不動。
在擾動中，兩種流體的介面發生扭曲，一部分重流體激凸到上面輕流體裡面去了，同樣因為連續性假設，也有一部分輕流體回往下凸進來——這樣其實就等於兩塊流體交換了位置和速度——流體因此發生了混合。
在這個過程中，仍然會有一股力量驅使著我的腳步，想要把不穩定的發生給「Hold住」。但這次不是粘性力了，而是浮力。
向上凸入輕流體內的重流體，其受到的浮力不足以抵消自重，還會再下去；對另一種流體亦然。也就是說在浮力作用下，整個系統想要回歸「清氣上公升，濁氣下沉」的穩定態。
另一方面我們再想，兩部分混合的流體不僅交換了位置，也交換了速度。密度大的流體由於上層的帶動速度有所提高，而密度小的流體速度降低了。密度大的流體，在同樣的速度下，其慣性力也更大，雷諾數的分子就更大——也就是更難被控制——當達到控制不了的程度時，層流即轉捩為湍流，形成渦旋。
這樣的轉捩得益於兩層流體的速度差別要足夠大，如果兩種流體速度都很快，那就跟相對靜止沒什麼兩樣了。回頭再看理查德森數的定義，浮力項和兩種流體的密度差有關，流動梯度項即速度差。
試想一下開頭那個海浪的場景，如果風力小了不會形成浪，只會是湧動；在一樣的風力下，如果把海水換成水銀，那就浪不起來了。還有乙個因素就是表面張力，對於高頻的擾動，表面張力的作用更加明顯。
一般Kelvin-Helmholtz不穩定引發轉捩的臨界值是Ri小於0.25.
K-H不穩定性的例子還有很多，比如木星大氣雲團：
以上過程在各個尺度下繼續發生，有數值模擬結果顯示，K-H不穩定性會呈現數學上分形的特徵。
3樓：朱輝
雖然我對流動穩定性只懂一點點皮毛，不過我可以肯定現在為止其他人的答案都答錯了......
你們說的都是邊界層（Boundary Layer）的轉捩，而Kelvin-Helmhotz失穩一般指的是自由剪下層（Free Shear Layer）中發生的流動失穩現象。
你們所說的條帶結構、Klebanoff、Herbert全都是指邊界層轉捩中常見的流動現象。
穩定性理論我就不說了，反正作為外行說出來也不一定對，不過底下這個圖就是最常見的Kelvin-Helmhotz失穩現象。
（從wikipedia上偷來的http://
en.wikipedia.org/wiki/K
elvin%E2%80%93Helmholtz_instability
4樓：劉建新
你說的K-H不穩定性說的是混合層的線性不穩定性性質。這種不穩定性被認為是無粘不穩定性，因為剖面具有廣義拐點。而且通常情況下無粘不穩定性的增長率都非常大，所以馬上就出現了非線性效應進而流動轉捩，但是這裡說的是混合層的轉捩，而通常情況下混合層的轉捩是乙個非常快的過程，工程上多半都是直接當成全湍流處理的。
而一般說的關心的層流到湍流轉捩的過程，多半都是針對邊界層來考慮的。
而那裡，正如 @馬拉轟 所說，也存在著乙個k-type和H-type的轉捩過程，這個通常被認為是對轉捩過程中湍斑或者湍斑之前的一些流動結構的描述。 而從穩定性的角度看待其實是對應於不同的非線性失穩機理。
接下來稍微詳細的解釋一下轉捩的過程。
一般情況下，乙個典型的自然轉捩過程都是這樣的：
感受性階段-線性擾動失穩階段-非線性失穩階段-breakdown-湍流
感受性階段主要刻畫了邊界層外界的擾動或者壁面的擾動如何進入邊界層轉化為邊界層內的失穩波的。
線性失穩階段，即便上就是根據小擾動方程或者LNS方程來刻畫的擾動線性增長過程。
非線性增長階段呢可以認為是當前者的線性失穩擾動增長到一定幅值的時候，就會有其它的擾動出現，而這些擾動的出現統統被歸結到非線性階段。
breakdown：可以認為是各種尺度下的擾動互相之間劇烈作用以至於流動向湍流發展的過程由於其過程短暫而又劇烈，好像山崩一樣，所以被叫做breakdown（個人對其理解）
湍流：ok 這個就不說了。
最開始的自然轉捩研究是針對於不可壓縮流體的。對於不可壓縮流動，線性穩定性給出的結果是這個最不穩定性的擾動（T-S模態波）是二維的。然而Klebanoff的工作發現，在平板層流邊界層中，雖然擾動一般是先以二維形式開始的，但是在沿流向演化時，不可避免的會出現三維擾動。
而且這個三維擾動的增長率大於二維T-S波的增長率。進一步的Saric的實驗發現這種展向週期性的\Lamda折線的尺度大概有兩種。一種流向波數與展向波數大概為1.
5，另一種大概為0.67。
那麼這個三維擾動到底是如何產生的呢？這就是要說的K-type和H-type。實際上這和擾動的非線性增長機制有關。
如果T-S波線性增長到達一定幅值的時候，那麼會誘發secondary instability。而這個玩意的控制方程是可以通過Floquet理論來求解的。這個時候展開擾動的時候，H-type正好對應於乙個亞諧模態，而K-type對應於基礎模態。
Herbert最早搞定了這個方程，給出了一組解，這個secondary instability的增長率要比T-S波的增長率要大得多（實際上失穩機制應該是一種無粘失穩），而且這種失穩波最不穩定擾動就是三維的，更讓人驚喜的是這種擾動的展向尺度，與實驗觀測的那個三維波尺度大概差不多。。 ok 這問題的亞諧波模態也就是H-type被解決了。。 但是基礎模態，Herbert說也有，但是後來計算發現這個模態的增長率比亞諧波的增長率要小不少，所以這個問題實際上還沒完全被解釋，就是K-type到底是怎麼回事。
這個時候回到最初的我的描述，這裡注意到我用了乙個詞，就是「典型的自然轉捩極端」。比如飛機在高空中飛行，這種外界環境擾動比較小，或者風洞的來流湍流度非常非常低的時候，是這樣的轉捩失穩過程的。但是凡事都有例外，如果外界的擾動有一定的湍流度，那麼轉捩的過程也就隨之改變了。
具體的轉捩路徑可以參照幾篇講湍流轉捩的流體年鑑上的綜述，都有那張經典的轉捩路徑的圖，這裡我剛開始玩知乎不會貼圖就不搞了。不管怎麼說，開始有人懷疑K-type和外界湍流度比較大有關，就是外界湍流度大了之後，就有K-type了，然後就是還有bypass轉捩之類的事情。 balabala。。
大體的機理我個人的理解普遍就是兩套說法，乙個說法就是外界湍流度大了之後直接影響邊界層，在邊界層裡面誘發出來乙個展向的條紋結構，這個條紋結構是無粘失穩的，於是迅速transition掉。。 還有一種看法是認為外界湍流度大了之後相當於是一種大擾動，然後邊界層內存在一種最優模態的transient growth機制，然後轉捩。 然而Durbin就是搞這玩意的，有一些很好的結果，我不是搞這個的，就不說了以免被內行笑話。
不過K-type的事情前面說的那些結果是在不可壓縮流動裡面的事情，到了可壓縮甚至高超速流動下，馬赫數比較大的時候，這玩意我們課題組算過，發現對於高超邊界層來說，對於聲波失穩模態，直接就是個基礎模態會失穩的。 這個是跟不可壓縮裡面的T-S波是完全不同的。。不過這裡面的數學問題我後來就畢業了，就沒接著把這玩意做完，於是就很遺憾了。
近幾年看fasel組發表的幾篇模擬文章，基本上也是發現了這個高超Mack模態直接就是乙個基礎模態secondary instability的問題，傾向於認為跟K-type breakdown有關……
那倆圖回頭我找找然後學學知乎怎麼貼圖，回頭貼過來，， 也許更清晰一點。。 唔。。
5樓：
K-type instability的K是Klebanoff
H-type instability的H是Herbert
這兩種instability都是wall bounded flow才會出現的，和Kelvin-Helmholtz沒有關係。
6樓：
kachanov寫過一篇講transition的annual review，裡面講了這個事情:
Physical mechanisms of laminar-boundary-layer transition,1994
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