羽流、对流与湍流

 

看了寻正对我的反驳，简直不敢相信自己的眼睛。如果羽流是因为形状像羽毛，我国的庄子说羽流是野马，那么羽流是否像野马呢？羽流之所以被称为羽流，是因为这种流动形式容易破碎（即在重力场中自动湍流化），所以看上去像一簇羽毛在飞，这一点，和庄子的羽流观察，像远处的野马在跑，是一致的。

羽流，是一种浮力差造成的重力流（Gravity Currents），是浮力带来的流动（Buoyancy-induced flow）。寻正举例的对流，恰好是一种浮力产生的流动，所以说其为羽流，也是不错的。但是对流不是羽流，前者可能是压力流，后者必须是浮力流，这是本质性的区别。

羽流研究领域，主要有两种：消防工程和环境工程。前者研究浮力对燃烧产物的散布作用，后者研究不同温度和不同浓度对污染物排放的散布作用，两者的研究对象是一致的，可以共享很多研究成果。至于地质工作者研究的受限空间的Mantle Plume，也算是重力流，却不能共享羽流的研究成果了。

羽流的最大特征（也是名称由来），就是其容易失稳。不管源头的条件如何，经过一定的长度（即所谓的Morton Length Scale，这是第一位研究者的名字），原有的动量作用消失，浮力作用控制，羽流开始失稳，所以看上去像片片羽毛在飞了。有没有层流羽流呢？当然有，如果是液体（粘性系数大），如果尺度小（特征尺度小），就可以限制湍流的产生，结果就是小锅内的加热对流现象了。我们通常研究的是空气中的羽流，自由发展的羽流，总是要失稳（湍流化）的。可是我们还是要研究其中的浓度、温度和速度的分布，对此火检设备和喷淋设备都需要了解羽流的结构，以便对症下药，设计出最佳的控制方案来。

羽流遇到天花板，发生拐弯，产生的一种流动，称为Ceiling Jet（天顶射流），其实还是重力（或浮力）控制的流动，与钱塘湾的潮涌，并没有很大的本质性的区别。但是火场的羽流有温度差，靠近壁面会散热，所以喷淋头的感温探头总是伸出壁面，避免壁面的冷却作用导致动作延迟或根本不动作。如果伸出太多，又可能错过了天顶射流的高温区，导致喷淋头动作延迟或无法动作。仓库的天花板比较高，天顶射流的温度低，而且高温区距离天花板的距离增加（需要单独计算），所以仓库的喷淋头的设计是特殊的，有特殊的参数来指导，厂家也专门测试适用于大空间的喷淋头，以矫正大空间对羽流温度分布的影响。

羽流的最大特征是容易失稳，尤其是火场气体。其中最关键的，是浮力导致上升，需要旁边的气体来补充（即卷吸现象），可是旁边的气体也感受到了浮力，也需要上升，怎么办？流动破碎，羽流失稳，看上去像羽毛了。

笔者硕士博士研究对象都是羽流，居然有人凭着维基百科来说，你对羽流的理解是错误的，我也不敢说维基百科错了，只能说作者不是消防或环境工程领域的人，对羽流的认识有偏差。至于科普一定要符合中学物理的水平，那是理想的状态。给另一领域的科学家看的文章，为什么不能是科普呢？拿着维基百科和几张照片作科普的人，更需要被科普了。

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