物理学家测量流体流动的温度并发现湍流的新作用

一组物理学家发现了特定类型湍流的新作用——这一发现揭示了从地球液核到沸水的流体流动。

该研究发表在《国家科学院院刊》杂志上，主要研究湍流对流——流体从下方加热时的运动。

“我们的实验揭示了自由运动的物体与热对流之间的复杂运动，”纽约大学和上海纽约大学数学和物理学教授张军说，他是该论文的资深作者。

这项研究还包括纽约大学物理系研究员 Kaizhe Wang，该研究特别关注 Rayleigh-Bénard 对流——一种由温差驱动的对流。

在他们在上海纽约大学联合研究所进行的实验中，该论文的作者使用了一个装满水的圆柱形容器，然后从底部加热它，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(矩形面板)相互作用——这种设置使研究人员能够更好地研究湍流如何与容器内的固体结构相互作用。

“令人惊讶的是，系统变得有些正常，”张指出。“我们观察到流动和自由固体的平稳旋转。”

他们的结果表明，湍流对流与固体一起可以沿两个方向移动——一个顺时针方向和另一个逆时针方向——同向旋转速度随着对流强度的增加而增加。不仅如此，由于湍流，它们的旋转有时会改变方向。

“这项研究的灵感来自地球内核与对流液核相互作用时的旋转，它捕捉到了湍流与流动中自由移动的物体之间的相互作用，”张解释道。“研究结果证实，湍流可以通过与固体相互作用来控制。它还提醒我们，热对流的力量可能在地球内部发挥更重要的作用。”