搜狐媒体平台-搜狐网站>其它

他一出家就成中国最帅和尚

眼眸深邃、轮廓分明、身材颀长,活生生的一幅画。

大学副教授与在押服刑女结婚

这在监狱民警看来,那么令人不可思议。

流体力学发展到现在为什么还要进行风洞试验?风洞试验能解决哪些理论计算解决不了的问题?

知乎每日精选 阅读(0) 评论()

  觉得大家的答案很好,但是没有背景的人理解起来似乎不太容易,试着写一个简单易懂的答案。

  一句话来回答:因为湍流

  话说著名理论物理学家海森堡(搞量子力学那个)临去世前说,他要去问上帝两个问题:相对论和湍流,他估计上帝能回答他第一个问题。 [1] 按海森堡的意思,估计上帝也不知道湍流这个怪物怎么回事。

  1. 什么是湍流

  想像一个水平的管子,里面平静的流着很慢很慢的水,流动是稳定又容易预测的,这时的情况叫层流。比如打点滴,你大概可以想像出来水是怎么流动的,在每一个位置,每一个时刻,水的流动都是平静又有序的。回到那根水平的管子,我们让里面的液体流的更快一些,也容易想像,水流的特别特别快时候,流着流着就乱了。不再是均匀的往一个方向流,而是有些地方出现了大大小小的漩涡,大的漩涡又会套着小漩涡。也不再是平静的了,漩涡会自己产生又自己消失。不同的位置,不同的时间,水的流动看起来又有些相似,又完全不一样。这种时候就是发生湍流(Turbulence)了,也有人叫紊流,取紊乱的意思。按我老师的说法,湍流是没有公认的严格的定义的(从中你可以看出来问题的复杂性)。一种比较流行的说法是:湍流是随机的三维非定常有旋流动。

  2. 为什么湍流很麻烦

  大家应该很熟悉三体问题,湍流和三体问题很像,是个混沌的问题(不过还没有严格证明)。简单的说就是你不能总结一个什么公式,往里一带就能知道流动是什么样的。只要有湍流的存在,就没有什么解析的解了。所以想显式的求出流动的解析解是不可能的,所以理论的方法不能用了。

  既然没有理论解法,那数值方法呢?行,但是不够好。为什么说行呢,因为直接做离散化,求解NS方程,其实确实可以模拟出湍流的过程。那怎么个不够好法呢,一是时间上的问题,湍流的产生、发展、消失是很快很快的,如果直接求解,时间步长上必然需要足够的精细。这个时间步长又是和湍流的强度有关系的,流速越快,越容易有湍流,越需要更短的时间步长,计算量越大。就目前来讲,想完整的模拟出湍流的细节计算量太大,没有任何一个超级计算机可以应付的来。二是空间上的问题,流动问题一个特点是局部的细节会严重的影响整个流动,举个例子,高尔夫球上的小坑相对球来讲算是很小的了,但是会严重的影响球在飞行中的阻力,有坑的球和没坑的相比,阻力系数可以差4~5倍,同样是有坑的球,即使只有0.0025厘米这么小的差异,也可以对轨迹和飞行距离造成很大的影响。所以在空间离散上也必须要求足够精细,或者说网格必须够小够多。时间上的复杂性和空间上的复杂性,都使得数值模拟随便一个问题的计算量的大到无法接受。

  所以说,现在的模拟都是采用了平均的方法,简单说就是不管湍流的细节,从总体上做一个平均的估计,从而在较长时间较大尺度下,得到一个平均的值。具体平均的方法,只能是靠实验+经验公式。*而且,即使是在这些经验公式基础上,数值模拟依然计算量很大,而且并不十分准确*。

  3. 为什么风洞能解决问题

  风洞试验也分好几种,最简单的就是把造好的东西扔里面看看能不能用,能用就用。这种风洞试验当然能解决问题。

  还有一种,是所谓“相似性”的方法。直接试验成本太高了,那么可以做一个较小的模型,在较小的风速下试验。如果试验参数和实际工作参数在物理上满足相似性,那么我们认为流动是相似的。这样做出的实验,其实可得到的是一种流动情况下的结果,对于所有“相似”的流动,我们认为它们都符合同一种规律。有很大一部分的风洞试验都是用了这种相似性原理。

  因为有了相似性原理,风洞试验的结论可以在相似的条件下应用,所以不需要每次都重新试验。

  另外,需要进行流动设计的工程一般都不缺钱,飞机、导弹、潜艇、赛车。风洞实验虽然成本高,但是人家有钱。

  4. 为什么这么多年,理论和数值方法还是不能解决问题

  首先先说,在自然科学里,数值方法再高端,也不能完全替代实验。这是科学方法和哲学上的问题

  然后说在工程设计里,为什么理论方法和数值方法发展了这么多年,还是不够看。一是这个问题很难很难,几代人的发展都不够。二是计算流体力学其实发展历史并不是很长,不过三四十年的历史。三是这个领域(我指的是计算流体力学),还没有真正的大家出现。做实验工程上能用,问题又这么平凡(不像理论物理那样揭示世界的本质),所以这个领域没有吸引到最顶尖的那群人。

  5. 总结

  由于流体运动中有湍流的现象,使得流动问题根本没有解析的理论解。而数值又因为湍流变化快、尺度小、影响大,导致计算量过大,目前的计算能力不能直接数值模拟。平均的数值方法速度依然很慢、准确程度也不够。而实验的方法尽管成本高,但是由于流动的相似性,使得实验有很大的科学和工程价值。因此,目前工程设计中仍大量使用试验方法。

  [1]: Turbulence

  来源:知乎www.zhihu.com

  作者:肖剑

  【知乎日报】千万用户的选择,做朋友圈里的新鲜事分享大牛。点击下载

  此问题还有22 个回答,查看全部。

mt.sohu.com true 搜狐媒体平台入驻自媒体 https://mt.sohu.com/20150321/n410094231.shtml report 2282 觉得大家的答案很好,但是没有背景的人理解起来似乎不太容易,试着写一个简单易懂的答案。一句话来回答:因为湍流话说著名理论物理学家海森堡(搞量子力学那个)临去世前说
阅读(0) 举报
欢迎举报抄袭、转载、暴力色情及含有欺诈和虚假信息的不良文章。

相关新闻

热门关注

搜生活

搜生活+关注

搜狐公众平台官方账号

MAGIC杨梦晶

MAGIC杨梦晶+关注

生活时尚&搭配博主 /生活时尚自媒体 /时尚类书籍作者

搜狐教育

搜狐教育+关注

搜狐网教育频道官方账号

星吧GEO

星吧GEO+关注

全球最大华文占星网站-专业研究星座命理及测算服务机构

热门图片

  • 热点视频
  • 影视剧
  • 综艺
  • 原创
锦绣缘

同步热播-锦绣缘

主演:黄晓明/陈乔恩/乔任梁/谢君豪/吕佳容/戚迹
神雕侠侣

大结局-神雕侠侣

主演:陈晓/陈妍希/张馨予/杨明娜/毛晓彤/孙耀琦
封神英雄榜

同步热播-封神英雄榜

主演:陈键锋/李依晓/张迪/郑亦桐/张明明/何彦霓

六颗子弹

主演:尚格·云顿/乔·弗拉尼甘/Bianca Bree
龙虎少年队2

龙虎少年队2

主演:艾斯·库珀/ 查宁·塔图姆/ 乔纳·希尔

《奔跑吧兄弟》

baby14岁写真曝光

《我看你有戏》

李冰冰向成龙撒娇争宠

《明星同乐会》

李湘遭闺蜜曝光旧爱

《非你莫属》

美女模特教老板走秀

《一站到底》

曝搬砖男神奇葩择偶观

搜狐视频娱乐播报

柳岩被迫成赚钱工具

大鹏嘚吧嘚

大屁小P虐心恋

匆匆那年第16集

匆匆那年大结局

隐秘而伟大第二季

乔杉遭粉丝骚扰

The Kelly Show

男闺蜜的尴尬初夜

我来说两句排行榜

客服热线:86-10-58511234

客服邮箱:kf@vip.sohu.com