[转帖]一直困扰科学界的问题——水是怎么流动的

湍流的产生：最上面的图片显示了一个单一的股流结构的图像，雷诺数为2000(低于开始产生湍流的值)。随着雷诺数的增加，空间结构尺度减小。源于：曼彻斯特大学的乔治·培新豪和托马斯·穆林。
这是一个看起来简单而美好的想法。但是通过实验确定临界雷诺数并不容易。尤其是当气流接近临界雷诺数时，股流的半衰期急剧增加。当雷诺数为1800时，在直径为1厘米的管道中，预计会有一半的股流在流动仅仅一米后就会消散。但是，如果你把数值调到2000，那你会需要一根60多英里长的管道才能看到一半的股流消散。建造这么长的管道是不可能的，计算机模拟也没有办法，因为现在最好的超级计算机计算速度也要比它自己本身流动要慢。
尽管如此，前进的方向还是很明确的。正如巴克利所指出的，“我们知道很多东西的半衰期，比如说对于碳14(它的半衰期为5730年)，并不是用5000年来观察的单个原子知道的，而是通过观察大量的原子。同样地，你可以观察大量的运动中的股流的来估计它们的生成率和消失率。霍夫利用15米长的管道制造了一个自动股流发生器，可以得到大量的股流，这些数目足以让很多股流消失或复制。
研究人员发现，生成率和消失率相等时的雷诺数为2040。这是对雷诺兹的结论的支持，他在1883年的实验比2009年维基百科的大多数条目都要更接近正确答案。
推演到管流以外
巴克利，霍夫等人现在正努力使雷诺数超过2040，以弄清楚湍流到达过渡区后会发生什么。与雷诺兹观察到的相反，股流并没有立即完全变成湍流：而是湍流区穿插着平滑的区域。很容易发生这样的情况：两到三个排成一行的股流没有分裂反而消失了。如果雷诺数只比2040大一点点，那么你会得到一个很长的层流段。
同时埃克哈特和瓦莱夫致力于将股流的概念扩展到其他湍流结构中，比如飞机机翼上的气流。在这个领域中雷诺数不是恒定的，而是从机翼前缘数值为0开始，一直到机翼后缘增长到1000万甚至更多。当机翼上产生涡流的部位有精巧的结构设计时，会产生很大的影响。许多飞机的机翼上已经有了垂直尾翼，我们称为涡流发生器，该设计目的是为了在飞机起飞或降落时增加湍流。但是，瓦莱夫指出，这些结构的设计并不是基于对物理学的认识。“他们是通过不断试错，在黑暗中摸索出来的”。他指出，航空工程师通常不关注管内流体流动的相关研究，虽然他们确实应该关注，因为股流能够在解决其他流体流动问题中起作用。
关于股流最重要的事情，不是如何去应用，而是它清晰的证明方法。尽管人们对湍流有各种不同的定义，迄今为止还没有明确的方法来证明它是如何产生的。霍夫课题组的工作给出了一个明确的定义：当股流的生成率超过消失率时，就会出现湍流，且股流能够在流体中复制。
埃克哈特相信，这个精确且可以量化的定义，不仅可以用于管道流动，还可以应用于其他领域对湍流的应用。埃克哈特说，无论他们是在飞机机翼上增加翼片来促进湍流的产生，还是在油中添加聚合物来阻止湍流的产生，研究人员“能够对流体做任何精确的评估工作”，“搞清楚基础知识总是一件好事。”

不懂