受地心启发的物理实验带来了流体湍流的突破性发现

一个物理学家小组发现了一种特定类型的湍流的新作用--这一发现揭示了从地球的液态核心到沸水的流体流动。这项出现在《美国国家科学院院刊》上的研究以湍流对流为中心--当液体从下面被加热时的运动。

论文的资深作者、纽约大学和上海纽约大学的数学和物理学教授张俊说："我们的实验揭示了自由移动的身体和热对流之间的复杂运动。"

这项研究还包括纽约大学物理系的研究员Kaizhe Wang，特别关注Rayleigh-Bénard对流--由温差驱动的一种对流。

最近的一项实验研究，受地球固体核心的超级旋转的启发，表明当包含在圆柱体中的湍流与自由体相互作用时，会观察到令人惊讶的平滑旋转。红色(暖)和蓝色(冷)的带子代表水的流动

在他们在上海纽约大学联合研究所进行的实验中，论文作者使用了一个装满水的圆柱形容器，然后从底部加热从而产生对流。由此产生的湍流与在容器内自由移动的悬浮固体(一块矩形板)相互作用--这种环境使研究人员能够更好地研究湍流如何与内部的固体结构相互作用。

"令人惊讶的是，该系统变得有些特别，"张指出。"我们观察到流动和自由固体的平滑旋转。"

他们的研究结果表明，湍流对流与固体一起可以在两个方向上运动--一个是顺时针方向，另一个是逆时针方向--共同旋转的速度随着对流的强度而增加。不止如此，它们的旋转有时可以转换方向，这是由湍流引起的。

"这项研究的灵感来自于地球内部核心的旋转，因为它与对流的液体核心相互作用，捕捉到了湍流和流动中的自由移动体之间的相互作用，"张解释说。"这些发现证实了湍流可以通过与固体的互动来驯服。它还提醒我们，热对流的力量可能在我们的地球内部发挥更重要的作用。"