先灌点水！

周华

想问个关于紊流研究方法方面的问题：过去我看一本书时，里面提到一个观点，就是研究紊流需要用离散而不是连续的方法来进行，应该将紊流看作大量独立旋涡的集合，而不是从流体力学的控制方程，比如N-S方程，的基本形式出发去探讨紊流问题。如果从壁面紊流实验中进行观察的话，上述观点好象是有道理的（我也不敢肯定），因为从层流到紊流的转捩过程，虽然肉眼看不到微观过程，但是其中好象蕴涵了旋涡涡量的累积，然后在累积到某个临界值时以猝发的形式形成独立的旋涡跳入外流中，猝发的频率增加后，就形成所谓充分发展的紊流。如果仔细思考，紊流中实际上不断有旋涡的生成和湮灭，其中可见旋涡的生成和湮灭想必有某种流动稳定性理论作为控制规律，即达到一定涡量就可以形成独立旋涡，旋涡变形到一定程度就会湮灭，等等。对此我没有看过更多资料，不知道紊流专业人士是怎么看这个问题的？

周华

另外，如果单看剪切层的例子的话也有这个问题：比如一个薄板两侧空气流速不同，在两股空气的交界面上有连续的涡面存在，但是因为两侧的压力不同，所以造成涡面的不稳定，并形成离散旋涡（这是教科书上的标准看法）。实际上如果换个看法的话，我们是否可以认为旋涡的形成过程中根本没有那个初始的平直连续涡面存在，而是从起点就以离散旋涡的形式出现（旋涡提供了某种稳定结构，因此是这个问题的正解），而根本不需要经过“平直连续涡面->涡街”的转化过程。如果这种看法可以成立的话，实际上可以将独立旋涡作为一种“基本粒子”来看待，再从“宏观”上去考虑紊流问题。

fastoles

把涡当“基本粒子”来看待，可能把问题更复杂化了, 例如如何处理“基本粒子”间的相互作用(相应于cascade, backscatter). 另外, 涡的数量之多, 如果要跟综他们,
其分辨率和DNS一样, 在各方面都没有省力.

zbxfirst

偶以为，对于紊流这种具有高度非线性的现象，应用传统的理论根本无法解释，在现阶段，属于认识阶段，应以实验为基础，PIV是一个十分方便的工具。另外，在理论分析中，应该引入概率论原理。在许多科学中，有好多研究方法是可以借鉴的，比如物理学中的量子理论，它就好比是流体力学中的紊流理论，而经典物理学就好比是经典流体力学。偶认为，对事物的认识进入微观领域后都要有这一阶段，而且认识的饲养应该是一致的。偶以为，看看分形学，以及混沌学会对研究问刘有极大的帮助。见笑。

zbxfirst

偶赞成基本粒子的观点！

周华

我在这方面没什么研究经验，只是凭想象胡说。仔细想起来，用基本粒子来比拟湍流中的旋涡应该是可以的，我们没有必要去跟踪每一个旋涡的运动，而可以象统计力学那样，通过统计手段解决大量旋涡的“宏观”表现的问题。基本上说就是，涡动力学对应于基本粒子研究，而湍流研究则应该用类似统计力学的方式。现在湍流研究仍然使用N-S方程作为基本方程，可能并不合适，因为这里面包含的逻辑实际上是以流体质点为基本研究对象的，而没有直接考虑到湍流的基本组成形式是旋涡，因此在逻辑上就造成障碍，可能是使这个领域长期没有大的突破的原因。而旋涡作为“基本粒子”，其相互作用其实已经有人做了很多工作，也就是旋涡的合并、干扰、稳定性等方面的工作。我没有查过资料，不过好象确实没有听说谁在研究湍流中旋涡的统计分布问题，比如确定涡量的旋涡在某种湍流中的分布这类问题，也没有发现湍流研究中出现薛定谔方程那样的以统计理论为基础的控制方程。其实我们现在的研究湍流，最根本的一个需求是想预测湍流的宏观表现，当然分形和混沌理论是很好的工具，但是分形理论本身是几何理论，没有考虑湍流的物理本质，而考虑的是几何表现，这就有点本末倒置的感觉。胡说一番，希望高手们站出来指点指点！

zbxfirst

偶提到分形以及混沌，但这并不是等于偶想把紊流划分到分形或混沌中去，偶的主要意思是，可以利用它们中的思想，偶认为，在科学研究中，思想很重要，它指导研究。

turbulencest

哥们们说得好啊~~
其实N_S方程研究湍流的背景是： 将 BOltzmann方程一次平均得N_S方程，二次平均得雷诺方程。一般认为湍流最小涡远远大於分子自由程，因此可以用N-S研究湍流。
但是用统计力学研究湍流有很大的困难，当然不能否认它也取得了一定的成就。国内钱俭教授在这个方面有很好的工作，也可以参考yaglom&Moin的经典著作<统计力学>。但是据周培源先生的弟子蔡数堂先生说，分子运动(基本粒子)和湍流的最大区别就在于前者有统计分布存在，而后者还未知。其实Yaglom也有这样的观点。同时，湍流旋涡一个很大地特点是具有记忆效应，而分子没有。
PIV确实是很好的一个工具，但是也不是万能，至少目前。howwire和LDV 各有千秋，而PIV长出在於全息性，但是对於速度及能谱的测量一般不如LDV和热线。
将旋涡分布到整个空间中这个做法，林家翘就这么作过，不过当时好像用无粘度hill涡，后来周先生继续了这个   方面的工作，可以参考<研究湍流五十年>。
量子  场论的观点确实也引入到了湍流研究中。流体大家预言，但是都遇到了困难。可以参考KRaichnan的文章。
分形与混沌研究湍流也是近年来到事情。争论很大，因为涉及湍流是否完全随机的问题，这里面有个相干结构的问题。
总之湍流是很复杂的问题，国外发达的国家都投入了极大的人力物力，我们国家也开始了这个方面的投入，很庆幸。因为一旦有了突破，所带来的价值大得无法估计。
但是很难突破，研究方法各异，都没有取得特别大地成效，大家都是一头雾水，甚至有人预言50-100年不 可能有进展。
胡言乱语一番，贻笑大方。

对月

虽然高不清楚湍流的定义,多研究一下湍流的现象是首要的,归纳归纳吗.

maximus

好高深啊，俺现在实在没有财力和物力去好好考虑湍流深层次的机理，再加上数学功底也不强，感觉湍流太神秘了。
只能是用一些现成的模型计算一些工程问题，对他的机理实在感觉高深莫测。
但是等以后工作了，自己分配的时间多了，可以好好考虑考虑，这东西应该挺有意思的。

周华

昨天买了一本张兆顺老师的书《湍流》，里面内容很全面，几乎覆盖了湍流有关的各个方面，向大家隆重推荐一下！在楼上的几个帖子中，我想象可以用分子运动模拟湍流运动，这种想法其实很早以前就有人提出过，但是随着湍流拟序结构的发现而被终结了，问题就是湍流并不象分子运动那样是完全的随机运动，而是某种“有结构的随机运动”，因此其流动机理对数学描述就更显重要。这东东真的很有趣，就算研究不出什么，学学还是很好玩的！

turbulencest

张兆顺老师有一年作报告，将湍流的困难归结为：无规则，多尺度，有结构。我觉得非常的准确， 基本上体现了湍流研究的历史脉络和进展。

streamline

纯粹数学与应用数学专著 第29号
涡度法
应隆安 张平文 著
科学出版社 1994

passpartout

把涡看成基本粒子与紊流的结构有点不相符，其原因是紊流是具有不同尺度的结构，这一点可从紊流的拟序结构中看出。

蓝精灵

哥们,你们也太牛了吧,帮我找点关于湍流数值分析的资料,发到zjc3086_cn@sina.com
救急用的,马上要毕业了,论文还没写好,众位,帮忙了,谢谢!