湍流研究的終極目標是什麼?進一步的,具體要解決湍流的哪些問題?

時間 2021-05-05 20:05:56

1樓:SuperCool

See U. Frisch Chap 9 and references therein.

Many questions remain to be answered, e.g., understand the deviation of exponents in high order structure functions from Kolmogorov's theory; to calculate these exponents based on either rigorous mathematical basis or solid physical insights, require some theory beyond Kolmogorov.

2樓:「已登出」

非自問自答。

前陣子偶然看到了北大佘振蘇老師在《10000個科學難題之物理卷》中的一篇宗論:湍流世紀難題是什麼?受益匪淺。下面的內容純屬搬運,有興趣的可以購買這本合集大書。

湍流世紀難題難在何處內含哪些突出的科學問題

這個問題學界沒有公論

佘認為湍流的難點在於它的複雜性。兩個方面

一是系統的複雜性

二是經典物理還原論方法帶來的複雜性

這篇綜論是09年的,哪位能補充下這10年的新內容?

3樓:林早

不僅要證明N-S 方程組存在解析解,還要證明它永遠不會發散,即構造出一組普適迭代方程能夠模擬大渦流分解為小渦流的過程中,其解析解都能夠通過這組方程計算出來

4樓:

終極目標應該是巨集觀(連續介質力學)和微觀(分子動力學)的統一。

先從微觀說起,若干個分子在范德華力的作用下可形成混沌系統,這一混沌系統對初值十分敏感。三體問題就是乙個經典的、理想化的例子。實際問題還要考慮分子的波粒二象性等等量子效應。

隨著分子數目的增多,形成稀薄氣體,這時無法解析單個分子的運動,統計物理學開始登場,比如著名的玻爾茲曼方程。這個時候,分子熱運動表現的完全隨機,在巨集觀上表現出了溫度和壓強。

分子數目繼續增多,連續性假設得到滿足,NS 方程登場。用數值方法求解 NS 方程,結果依然是混沌的、強烈依賴初值的,但卻有些非常穩定的統計結果,甚至有些擬序結構,比如著名的卡門渦街。

這些大尺度的結構被認為是流體邊界導致的。大尺度結構之中又包含許多小尺度結構。決定小尺度結構特徵的主要是流體的分子粘性。小尺度結構也是流體動能耗散的主要原因。

更不可思議的現象是,這些小尺度結構是各向同性的!比如主流是沿 x 方向運動的,小尺度結構形成的脈動非但不僅限於 x 方向,而且在 xyz 方向上是均勻的。這種現象是有條件的,卻也是廣泛存在的,這也是大渦模擬的理論基礎。

可以發現,分子的運動是隨機的,無數分子構成流體後,卻表現出了似乎有序的行為; 流體中漂亮的能級結構將能量從大渦傳遞到小渦,卻無法從小渦一直傳遞到分子,而是被分子粘性耗散掉。

有序和無序之間、巨集觀和微觀之間,似乎存在著難以探測的黑暗地帶。湍流結構的最小尺度是多少?這一尺度下 NS 方程是否適用?

NS方程不適用的介觀尺度是否存在湍流?隨機的分子熱運動如何構建出渦結構?小渦又如何表現出耗散特性,使得流速分布趨於均勻?

這些問題宛如一條咬著自己尾巴的巨蟒,首尾相接。

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