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第39章 湍流实验

作者:大鱼食小鱼返回目录加入书签投票推荐

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    下午,卓越跟随纪教授去他的实验室。

    这是一个很大的实验基地,在门口通过保安的检查后,他们的车开进去。

    纪教授道:“这里不仅有空气动力实验室,还有运动学实验室、材料学实验室、结构力学实验室、航空发动机实验室和航空电子系统实验室等!”

    卓越透过车窗向外面看去,实验室基地就像一个科技园一样,占地面积有五千多亩,有一个很大的人工湖,人工湖旁边有一个好似飞机一样的建筑,在四周有序的落着一个个方形好似厂房一般的建筑。

    车子在停车场停下,他们步行到一所建筑前,通过纪教授的指纹验证后进入实验室。

    里面有许多来来往往穿着白大褂的人,看到纪教授停下来问好,然后又好奇的看一眼卓越和杨教授,之后匆匆离开,所有人好像都很忙的样子,走路步伐快速。

    弯弯绕绕后进入一间面积有一百多平的房间里。

    看到里面的设备卓越眼中惊喜。

    只见房子的靠墙的位置有一个十几立方米的水箱,水箱的上方有一个进水口,下方连接下水道出水口。

    在水箱的上方和正前方各有一个激光片。

    在水箱的左边有一个十几平的空地,空地的墙壁上是一个直径一米的圆洞,圆洞里有一个大风扇,在大风扇的对面还有一个大风扇,在风扇的上方和左面各有一个激光片。

    在它们的正前方,距离水箱有两米的距离,也就是房间的中间,有一排机器,中间是三台电脑,斜卧放着,在电脑的右边有一个全息投影仪,在电脑的左边有一台打印机。

    在这排机器与水箱之间还有两个正正方方,头颅大小的同步器,放置在地上。

    卓越走到那排机器前,惊喜的看着这些机器,女人喜欢包、口红和高跟鞋,男人喜欢汽车和手表。

    而卓越对科研机器却是独有情钟!

    许久后卓越转头看向一旁的纪教授,指着全息投影仪道:“纪教授,这可以做三维技术实验吗?”

    “当然可以。”纪教授笑道:“现代科技的进步,让我们抛弃了原始的实验方式,三维技术可让我们直观的看到实验的全息全景效果图。”

    “同时,因为三维技术的出现,让我们多出来许多种实验技术,在湍流上的实验技术就是高时空分辨率三维速度场测量技术。”

    看着跃跃欲试的卓越,纪教授笑道:“要不要试试?”

    卓越激动的问道:“可以吗?”

    在湍流上他以前做过最好的实验就是可压缩湍流的测量,一种比较老旧的技术,是用光学分析法,以杨氏干涉条得到的粒子平均位移,进而得到速度场。

    这种技术还是上世纪八十年代出现的,在很多地方几乎淘汰了这种技术。

    “当然可以,你可以亲自来操作。”纪教授踏前一步,走到卓越的身边,道:“我来给你讲解一下操作步骤。”

    许久后,卓越熟悉了机器上的按钮和操作步骤。

    “记住了吗?记住的话你来试试。”

    卓越压下忐忑而激动的心情,道:“记住了。”

    “那就开始吧!”

    卓越呼出一口气,按动启动按钮。

    瞬间,嗡的一声,电脑启动,同步器运转,全息投影仪响起,激光片亮起。

    之后他按动放水,瞬间,水箱的上面落下一条旋转的水柱,他转头看去,全息投影仪上出现一个1:10模拟,由激光形成的水柱。

    纪教授道:“现在开始选择流动显示!”

    卓越首先选择流线!

    流动显示有三种,分别是流线、迹线和染色体,三种显示的效果各有不同。

    很快,电脑屏幕上出现一段曲线,这是水流流动时所有部分的速度方向的曲线。

    杨教授走过来,三人一起看向电脑屏幕。

    纪教授道:“转为迹线!”

    按动迹线按钮,鼠标随机点击水流中的某个水流点,屏幕上出现波幅不同的曲线。

    这是他所选的水流点的速度方向不同时间段所形成的曲线。

    “最后是染色体!”

    染色体也叫做脉线,脉线是水流中固定的某个点,流经这个点的流体微团组成的一条染色体。

    “好了,关掉吧!”

    卓越按动关闭按钮,所有机器全部停止运行,水箱中的水从出水口流出去。

    纪教授看向卓越笑着问道:“感觉怎么样?”

    卓越笑道:“比学校里的机器实验好太多了。”

    “哈哈……学校里的设备都是老旧的,所以给你们学生随便摆弄,但我这里的设备都是最新的,那帮欧洲人不缺钱,我就让他们给我弄来这一套装备。”

    “虽然不是最顶尖的,但也是非常优质的。”

    “想不想试试更多的流动显示?”

    卓越眼睛一亮,问道:“还有别的流动显示?”

    “当然,我这里不仅有染色体,还有氢气泡、悬浮粒子、自由表面和片光。”

    “这才仅仅只是水流的,我还有低速气流流动显示。”

    “分别有烟线、丝线和荧光微丝。”

    听的卓越心中激动,这些实验方法大部分他只在PPT上看过,有些他连PPT上都没看过,只听说过。

    杨教授瞥了一眼纪教授,不就有个实验室吗,又好运到这所实验室背后是个土财主,看把他的意的。

    纪教授笑着问道:“你想实验哪种?”

    “悬浮粒子流动显示!”

    悬浮粒子流动显示,是最先进的实验方式,听说做出来的实验很漂亮,喷出来的水流就好似由无数萤火虫组成的一般。

    “我们去隔壁房间!”

    隔壁房间的设备与先前的房间设备差不多,只是没有风扇,只有一个水箱。

    水箱的水不是从上面流下来的,在水箱的右边有一个直径十厘米左右的铁管。

    房间里很黑,只有电脑的旁边有三盏灯,灯光还只对着电脑附近,水箱中很是黑暗。

    纪教授道:“这里我来,你在旁边看着。”

    “嗯!”卓越点头。

    纪教授一边操作一边讲解。

    “悬浮粒子流动显示是用一些可视的固体微粒或油滴混到水流中,从固体微粒或油滴的运动状态来了解水流的流动结构。”

    “一般可用的材料有聚苯乙烯微粒、铝粉、蜡和松脂的混合物制成的银白色小球和油滴。”

    说着他启动机器,指着一个按钮道:“银白色小球早就混合好的,这个按钮是将这些银白色小球放到水中。”

    他按动按钮后,只听到无数哒哒声连续而密集的响起,就好似无数小铁球在铁管中滚动。

    十几秒后,声音才渐渐消失!

    “这个按钮是发射!”

    他按动发射按钮后,瞬间,一道淡青色水流快速喷射出来,好似一道火焰,出现一副绚丽的画面。

    卓越眼神迷离的看着这一幕。

    科研并不是像外人想象的枯燥无味,它有它的美丽,只是一般人看不到,也想象不到。

    只有科研人员在实验的时候才能享受到。

    电脑屏幕上显示着一连串曲线,全息投影仪上模拟出水箱中的画面,打印机中打印出电脑中的曲线。

    许久之后,纪教授将机器关闭,卓越遗憾的收回目光。

    之后几天时间,在实验室中,他们又实验了其余所有的流动显示。

    不仅有水流的流动显示,还有气流的流动显示。

    纪教授手中拿着几十张布满曲线和粒子图像的纸道:“我们来计算一番实验结果吧!”

    纪教授实验室的办公室中!

    三人围着一张桌子坐下,所有的实验报告摊放在桌子上。

    纪教授道:“根据雷诺实验,我知道上下临界流速,上临界流速是层流变湍流,下临界流速是湍流变层流。”

    “所以,我们可以研究出湍流的规律、统计和湍流脉动的谱。”

    “根据我这么多年的研究发现,湍流的速度场是时间、空间坐标和实验次数的不规则函数……”

    “……”

    【当ξ=0时,=∫S??(k)exp(ik.ξ)dk ?dk ?dk ?.】

    “波谱S??(k)表示脉动动能在波数段(k,k+dk)中的分布。”

    纪教授扔下手中笔道:“这就是我这么多年的研究,你们看看接下来应该怎么走?”

    卓越道:“纪教授,根据这几天的实验,我想到一种方法,您看看怎么样。”

    “你说!”

    纪教授身子坐直一些,露出严肃的表情。

    他听杨教授说卓越推导出N-S方程,一开始他还不信,直到卓越在他面前亲自推导出N-S方程,他才信。

    此时,他不会把卓越当普通学生,而是同辈的人。

    卓越道:“如果我们根据一定的准则检测湍流信号,当湍流信号满足条件准则时,开始记录一组或几组信号,然后对记录的数据进行统计分析。”

    “例如这样!”卓越找出其中一份数据,“你们看这份数据,湍流边界层外层,速度脉动并非始终有很高的强度,而是间歇性地出现高强度脉动。”

    “像这种情况,最简单的方式是采样时使用湍流间歇因子的的测量。”

    纪教授问道:“我们是要用别的方式实验?”

    “不用!”卓越道:“其实这种测量方式我这几天已经做了。”

    “你做了?”纪教授疑惑的道:“你什么时候做的?”

    他这几天都和卓越在一起,一直都在看着他做实验,他没发现卓越做了他说的实验。

    “其实就是迹线和染色体实验,只是我把其中特殊的数据收集起来,所以就成了间歇性因子的测量。”

    “奥,原来是这样,将间歇性因子测量找出来,然后呢?”

    “然后我们可以根据这些数据,得出示性函数,求出间歇因子,最后就可得到湍流状态平均值和非湍流状态的平均值。”

    “你是说湍流状态和非湍流状态的示性函数?”

    “对!”卓越点头。

    “你把数据给我看看。”

    “好的!”卓越从数据中找到几份数据,指着它们上面的某个数据道:“您看,就是这些数据。”

    纪教授看了片刻后道:“我写出来,你看看对不对。”

    示性函数他也经常用到,只是用到的数据和卓越说的不同。

    但他知道公式,所以卓越说的数据他可以很快写出来。

    “好的!”

    纪教授拿起笔写。

    【l=1,|u'/U∞|>u??/U∞=0.01……】

    纪教授问道:“是这样吗?”

    卓越看了下,脑海中默默计算,之后道:“是的!”

    纪教授道:“如果是以这个为示性函数,那么间歇性因子就是这样。”

    【r=N∑i=1I/N】

    卓越道:“对!”

    纪教授继续道:“那么湍流状态平均值和非湍流状态平均值就是这样!”

    【<?>?=lim(N→∞)N∑(i=1)……】

    纪教授问道:“之后怎么办?”

    杨教授道:“之后就用到N-S方程解了。”

    卓越道:“对!”

    纪教授皱眉道:“我这几天也在研究N-S方程,但是怎么也无法推导出湍流的公式,这是为什么,不是说N-S方程是最有效推导出湍流方程的方程吗?”

    卓越笑道:“其实想要用N-S方程推导出湍流,要从最基础的物理公式开始!”

    “什么公式?”

    “牛顿第二定律!”

    “什么?”纪教授失声道:“竟然是从这个公式开始?不会吧!”

    牛顿第二定律是初学物理都会接触到的公式,但就是这么最基础,最简单的公式,竟然是解开湍流的钥匙。

    “是的!”卓越点头道:“我推导出来给您看,您看过之后就知道了。”

    “我推导出给您看看就知道了。”

    “取一质量为m的极小的运动流体单元为研究对象,对其运用牛顿第二定律。”

    【F=ma……】

    “最后我们可以获得以上这两个张量形式。”

    两位教授看着卓越写的满满三张纸的计算,有些迷糊。

    这孩子的脑袋怎么长的,这么复杂的公式竟然在这么短的时间计算出来,关键很多计算他是张口就来,都不用笔另外计算的。

    纪教授和杨教授道:“等等,我要计算一下。”

    一个多小时后,两人教授呼了一口气,心道:“终于计算完了。”

    纪教授揉了揉酸痛的肩膀和脖子,道:“人老了,不服老不行啊,咱们两人一起计算竟然花了这么久,卓越十几分钟就计算好了。”

    “纪教授,您千万别这么说,您一点都不老。”卓越笑道:“您还在壮年呢!”

    “哈哈,壮年!”纪教授大笑,知道卓越说的是奉承话,别人说他不喜欢,但卓越说他就是喜欢。

    纪教授和杨教授看着他们还有卓越写的将近十张纸的计算。

    纪教授喃喃的道:“这里面应用到了斯特尔哈尔数,求得非定常项与惯性项之比。”

    “费劳德数求得惯性力和重力之比……”

    一边说他一边惊叹,杨教授心中也是如此。

    这么庞大的计算量卓越是怎么想出来的,这不是人的脑子啊!

    从这就可看出,他当时推导出N-S方程所需要的脑力不是普通人能做到的。

    难怪说数学和物理是天才的世界,智商稍微差点的在这两个领域想要进入顶尖,连门都看不到。

    杨教授问道:“底下呢?”

    卓越摇头道:“底下应该是从雷诺数和转捩入手,但我不知道怎么写。”

    他突然振奋的道:“只要解开这个,就能求出湍流的公式,百年来无数科学家都无法破解的湍流的神秘面纱就被揭开了。”

    “哎……”杨教授两人心中长叹一声。

    这是最重要的一步啊,但就是这临门一脚,却挡住了他们。

    他们的心中就好似被猫抓一样,但是没办法,前方前进不了了。

    既然之后无法计算了,卓越就无法从纪教授这寻找到答案了,所以他们在当天就告辞离开。