北风卷地白草折——漫话湍流边界层中的涡旋结构

doi:10.6052/1000-0879-20-041

力学与实践 ›› 2020, Vol. 42 ›› Issue (6): 818-824.DOI: 10.6052/1000-0879-20-041

北风卷地白草折——漫话湍流边界层中的涡旋结构

杨绍琼, 姜楠¹⁾()

天津大学机械工程学院,天津 300354

收稿日期:2020-02-10 修回日期:2020-03-18 出版日期:2020-12-20 发布日期:2020-12-23
通讯作者: 姜楠
作者简介:1)姜楠,教授,从事流体力学实验研究。E-mail: nanj@tju.edu.cn

THE NORTH WIND SCRAPES THE GROUND, THE FLEABANE DESTROYED——TALKING ABOUT TURBULENT BOUNDARY LAYER AND VORTEX STRUCTURES IN IT

YANG Shaoqiong, JIANG Nan¹⁾()

School of Mechanical Engineering, Tianjin University, Tianjin 300354, China

Received:2020-02-10 Revised:2020-03-18 Online:2020-12-20 Published:2020-12-23
Contact: JIANG Nan

摘要/Abstract

摘要：

通过欣赏唐朝著名边塞诗人岑参的《白雪歌送武判官归京》和《走马川行奉送出师西征》中描写北风的佳句,从流体力学的角度解释了"北风卷地白草折"的原因,向读者介绍了湍流基础研究的前沿课题——湍流边界层及其复杂的涡旋结构。

关键词: 湍流边界层, 涡旋, 相干结构

Abstract:

Through appreciating of the description of the north wind and the snow in "A Song of White Snow on Secretary Wu's Return to Capital" and "A Song of Running-horse River in Farewell to General Feng of the Western Expedition" by the famous frontier fortress poet, Cen Shen, in Tang Dynasty, the reason why "The north wind scrapes the ground, the fleabane destroyed" is explained from the view of fluid mechanics. The forefront of the fundamental research of the turbulence, and the complex vortex structures in the turbulent boundary layer are introduced in the meantime.

Key words: turbulent boundary layer, vortex, coherent structure

中图分类号:

O357.5

杨绍琼, 姜楠. 北风卷地白草折——漫话湍流边界层中的涡旋结构[J]. 力学与实践, 2020, 42(6): 818-824.

YANG Shaoqiong, JIANG Nan. THE NORTH WIND SCRAPES THE GROUND, THE FLEABANE DESTROYED——TALKING ABOUT TURBULENT BOUNDARY LAYER AND VORTEX STRUCTURES IN IT[J]. Mechanics in Engineering, 2020, 42(6): 818-824.

图/表 16

图1 唐朝著名边塞诗人岑参(约715——770年)

图2 美术作品《白雪歌送武判官归京》

图3 著名流体力学家路德维希·普朗特的照片(作者2009年在德国哥廷根DLR空气动力与流动技术研究所翻拍)

图4 普朗特进行边界层实验的照片(作者2009年在德国哥廷根DLR空气动力与流动技术研究所翻拍)

图5 达·芬奇[6,7]

图6 达·芬奇手绘的湍流手稿[6,7]

图7 哈根(Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen)的照片

图8 作者在英国曼彻斯特大学校内拍摄的雷诺肖像及其实验用水槽、其本人研究成果和著名的 "雷诺实验"[10]示意图

图9 圆管染色液流动显示实验(由图(a)到图(d),管中流体的流动速度依次增大,相应的雷诺数也依次增大)

图10 流体流过固体壁面形成的边界层发展演化的示意图

图11 湍流边界层的瞬态流动显示照片

图12 美国斯坦福大学的Stephen Kline教授[13]

图13 湍流边界层近壁区大尺度相干结构的氢气泡流动显示图像[14]

图14 沙尘暴中的大气湍流边界层相干结构

图15 河床底部的相干结构形成的沙丘

图16 风吹过沙漠以后,在沙漠上留下的湍流边界层中相干结构的"脚印"

参考文献 14

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	孙植 . 《白雪歌送武判官归京》人物新考. 文艺评论, 2014(2):116-123
3	Sun Zhi . A new study of characters in "A Song of White Snow on Secretary Wu's return to capital". Literature and Art Criticism, 2014(2):116-123 (in Chinese)
	岑参 . 走马川行奉送封大夫出师西征//全唐诗, 第6册, 199 卷. 北京: 中华书局, 1960
4	Cen Shen. A song of running-horse river in farewell to General Feng of the western expedition//Complete Tang Poems, Roll 199, Volume 6. Beijing: Chinese Publishing House, 1960 (in Chinese)
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12	许春晓 . 壁湍流相干结构和减阻控制机理. 力学进展, 2015,45:201504
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