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风的路径

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“显形”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部分。

图片来源：劳伦斯·伯克利国家实验室

２. 切变速度

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

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年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