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相关日志

和一个法国朋友讨论从流体看黑洞的概念也许就是个坑
yangxintie1 2019-6-12 07:58
下面是我和相对论替代理论编辑科里蒙特的讨论， 科里蒙特来信： 亲爱的教授， 谢谢你的亲切邮件。 您使用压缩性符合洛伦兹变换的想法非常根本且有趣。 我从未在我编辑的替代理论列表中审查的众多理论中找到了这样的解决方案。 我会将您的pdf参考资料添加到该选集的列表中，并附加了关于您的醚压缩性或任何类似流体填充空间的附加注释。 该列表的下一期是针对2020年的。 你真诚的， Jean de Climont Le vendredi 7 juin 2019 13:54:46 UTC + 2，杨新铁 yangx@nwpu.edu.cn aécrit： —————————————————————————— 我的去信： 亲爱的Jean de Climont先生 我是你的同行和同事，专业是空气动力学， Jean de Climont博士，感谢您的视频！假设是正确的，我在研究中也使用相同的方法。但我想和你讨论一下流体的可压缩性，这个特征可以简化为转换（参见普朗特变换），这种转变就像相对论一样。 目前我们正在研究一种超光速电子加速器。如果您有兴趣，这是我的文件： http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.218.264rep=rep1type=pdf 诚挚 Xintie Yang -----原始邮件----- 发件人：“Jean de Climont” jeandeclimont@yahoo.ca 发送时间：2019-05-16 18:34:59（星期四） 主题：黑洞 亲爱的先生， 以下视频“黑洞”解释了流体力学的黑洞。 原文附后 -----原始邮件----- 发件人: Jean de Climont jeandeclimont@yahoo.ca 发送时间: 2019-06-08 17:05:21 (星期六) 收件人: 杨新铁 yangx@nwpu.edu.cn 抄送: 主题: Re: THE BLACK HOLES Dear Professor, Thank you for your kind mail. Your idea to use compressibility to comply with Lorentz transformation is very original and interesting. I never found such a solution among the many theories I have reviewed for my list of alternative theories. I added your pdf reference to that list together with an additional comment about your compressibility of the ether or any similar fluids filling Space. The next issue of the list is intended for 2020. Yours very sincerely, Jean de Climont Le vendredi 7 juin 2019 13:54:46 UTC+2, 杨新铁 yangx@nwpu.edu.cn a écrit : Dear Mr Jean de Climont I am your peer and colleague, professional aerodynamics, Dr. Jean de Climont, thank you for the video! The hypothesis is correct,I also use the same approach in my studied. but I want discuss with you about the compressibility of fluid,this character can be simplify to a transformation(see plant transformation), this transformation just like relativity. Currently I am working on a superluminal electron accelerator. if you have interest, this is my document: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.218.264rep=rep1type=pdf Sincerely Xintie Yang -----原始邮件----- 发件人: Jean de Climont jeandeclimont@yahoo.ca 发送时间: 2019-05-16 18:34:59 (星期四) 收件人: 抄送: 主题: THE BLACK HOLES Dear Sir, The following video THE BLACK HOLES” gives an explanation of black holes by Fluid Mechanics. https://youtu.be/X9nGQZmimPg Should you have any problem to look at the video, you may read the attached text of the video. More details are given in the video https://youtu.be/zFr3Kavw1KU Yours very sincerely, Jean de Climont
个人分类: 流体|2608 次阅读|0 个评论
灭火剂限制了消防科技发展
dfedhw 2018-1-1 15:02
消防体系的运转只围绕着一个核心：灭火剂，而灭火剂自身的物理形态决定了它在输送环节中的速度。选用特定形态的灭火剂，或许从一开始就决定了它的应用水平极限，甚至可以理解为：常见的传统型灭火剂让消防科技的发展“画地为牢”，从此驻足不前。 灭火永远无法回避的当属一个字：快，如果做不到这一点，纵然灭火性能再好，实际意义并不大。尽管各种新型灭火剂层出不穷，然而相对使用最广的依然是水、泡沫、干粉及各种气体。 仅以水的应用为例，水作为流体，需要依靠临时管网（水带）或固定式管网来输送，组建起前者所需耗费的时间长短不一，经常有可能滞后，火势将很容易变得无法控制；后者在日常应用中为了避免管网长期承受压力，会设置多个环节予以控制，然而一旦需要紧急开启时，这些环节反过来又“卡”住了自己的脖子，制约了实际出水速度。因此，水作为流体，其本身的形态以及动力配置要求就决定了在输送过程中必将面临的种种问题，难免磕磕绊绊，由此也决定了它在火场中的实际表现。 在没有更好“替代品”的情形下，往往只能靠配置不同种类的灭火剂，互为策应；抑或是全线设防，加大灭火剂分布密度，希望使局面有所改观，然而，“多”始终未能解决“快”的问题，“药”与“病症”不对路，即使备得再多，效果依然不明显，根本矛盾没有消解，一切仍是惘然。所谓“多”的背后不得不同时又要考虑到成本问题，反过来看，倘若速度足够“快”，倒未见得需要太“多”。 作为灭火剂，除了自身不应给输送过程“添堵”，还要尽量确保长效性、易于存储、操作简便、无弊无害、成本低廉、简化动力方式，如此则更增添了对灭火剂“选取”的难度，或者说，可供选择的范围变得更小。 常规灭火剂在消防体系中的应用由来已久，根深蒂固，系列产品一直在不断推陈出新，“圈子”虽大，然而 终归还是无法跳出这个以特定灭火剂为基础的技术“圈子” ，即便反复强调应用管理及培训，总体效果只能算是马马虎虎。 灭火并非一项特殊技能，人人皆可为之，最终比的 只是 速度，多年“磨合”之后，采用传统灭火剂所能达到的救援速度已然注定，应用水平已行至尽头，整体效果显然与期望值还有相当一段距离。传统灭火剂已无形中固化出一个带有时代局限性的消防概念体系，对于消防系列问题的讨论只能以惯有的思维模式去审视和考量，各种理论和猜想都会受到这个原有概念体系的约束和限制，成败皆萧何。 人与火灾之间可能隔层“玻璃”
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创新发明--百叶窗式低水头河流小水电装置
热度 11 kiwaho 2017-5-27 08:58
不久前申请了一项发明专利，涉及低水头小水电的清洁能源技术。最近写了一篇英文论文，暂时上传到预印本服务器，现全文贴到我的博客，供大家研究参考，欢迎评头品足提意见。 其实原理很简单，仔细研判插图就能搞明白咋回事。 传统旋转式透平已经得到广泛应用，为何我要别出心裁搞复杂的平板式驱动透平？显然，前者的扇叶与水流夹角为锐角，且扇叶之间空隙很大，而我的则垂直，且全部截面受力，因而平板式效率能发挥到极限，且矩形截面更适合于河道。恕我冒昧估计，效率也许高出扇叶式旋转透平10倍？ 尽管不用百叶窗，直接用整板，理论上也可以，但是体积太庞大，且在河道里翻转90度很麻烦。 用百叶窗叶还有一个好处：透平截面不一定非要严格矩形，理论上可以任意形状。 整个系统类似于在河道上架设自动开关水闸，任意时刻，在截面上的每一处都存在水流推力。 该发明类似于桥式可控硅电子逆变装置，只不过电流换成了水流，将直流水流，逆变成输出连杆的往复式交流运动。百叶窗的翻转触发一部分用高压射流，一部分靠框架的突缘，类比可控硅的控制栅极。 虽然触发翻转要用一点能量，但只要远小于采集到的流水动能，就是合算的。其实叶条只要偏转很小的角度，后续就可借水流作用力，完成90度翻转，因而触发能量的供应只是一霎那。 祖国河流秀美，资源丰富，九曲十八弯的流域遍布大江南北，如能用上此新能源，善莫大焉！欢迎洽谈合作转让事宜。 此系统也可用于风电，这时整个系统应建于可旋转基座上，并配以风向跟踪控制。 注意：本发明不适合海洋波浪能，因为这类能源不具备“直流”性，没有上下游的概念，波浪的方向随机而变，而用于定向的潮汐则没问题。 下图原本在文中，为方便阅读，特提前到此。 Fig. 1 river or stream low head hydro generator 从电学里可找到本发明的对映--桥式逆变电路图 下图为工作原理的动画演示： Shutter-like fluiddriven motor and tide power harvest system Abstract Why we haveto be addictive to rotary turbine for tide or wind energy harvest? Perhaps weare not smart enough to find a new way. Now I propose a rectangular crosssection turbine that works in reciprocation mode to harvest energy from anyflowing fluid. In a sense, fluid flows in similar way of electric DC (DirectCurrent), but reciprocal motion of device’s ram behaves in similar way of AC(Alternating Current), thus a DC-AC mechanic inverter is needed.Of course, inverse utilization of same mechanism renders an AC-DC mechanicrectifier , i.e. an exotic pump. Introduction The renewable energy is soplentiful, especially a great source of the running water hydrodynamic energyin all rivers and oceans. Nowadays, only high water head resources can beeffectively utilized for hydro electricity, but the main resource is of lowwater head, and never well developed in prior arts, though some experimentaltidal turbine projects are under research, such as the Fundy bay tidal energyproject in Canada. Here I present ashutter-like fluid-driven motor and try to apply it to the tidal power harvestsystem, as showed in fig. 1 , of course, it can apply to any low head rapidriver or stream. How it works? Shutter-like, aka louver-like motor, categorized in class of board motors, is basically the planar type thatreceives mechanic energy directly by planar surface from energy carrying fluidwhich current direction is vertical to the said surface, not by rotating bladesas in traditional rotary turbines where fluid direction is never vertical toany blade, but a small angle; and usually the former can interface either asquare or rectangular or even more complicated area with fluid power, but thelatter only circular area. For cycling work, all boardmotors including shutter-style, must run in reciprocal movement. Abstractly, the board motorabsorbs direct current energy of unidirectional flowing fluid, such as runningwater, and converts it into alternating “current” or motion of rigid movable parts,e.g. ram, in reciprocal mode, and so, in a sense, it is a special DC-ACconverter or inverter. Run with the unidirectionalflow produces effective work, anyway for recycling run, retraction is a mustfor next reciprocal cycle, but retraction is always counter-current, that iswhy the interfacing area perpendicular to flow direction should be reduced toalmost zero during retraction by whatever feasible method for save of overhead energyused by internal operation. In 2 -board mode(undrawn in fig. 1 ), hinging 2 parallel shafts via an end-slottedbar with central pivot pin, the 2 boards can work in 180° phasedifference that means one board’s retraction can always be assisted by theother forwarding board pushed by fluid. Update to 4 -boardmode is simple, as showed in fig. 1 : just combining the two pairs ofboards to form quartet in cross linkage configuration, the entire workinginterface area can be 100% ofstream vertical cross section, if not then only 50% . The quartet assemblyvirtually divides the whole stream to 2 quasi fluid channels, and if aseparator wall is inserted in between, though unnecessary, then 2 channelswill realize. The crossing linkage can bedone by rigid joint of opposite boards in separate channels, thus, the boardsin same channel always run in opposite direction. To fix the space conflict,one of the two crossing bars can be slotted in middle quoted range, and theother bar runs through the slot. For large planar motor, asingle board can be hard to flip for toggle of interfacing area, because ofeither non-negligible toggle energy consumption, or not enough turn aroundroom, that is why a shutter style motor is proposed, because every single vaneof shutter is just a fractional area of the whole. Compared with the fullshutter board area, the power interface area of shutter rib-frame is almostnegligible, so it is not necessary to flip the big size rib-frame, but justonly toggling all vanes of the shutter is enough. Toggling the shutter isidentical to say open or fold or close or unfold shutter in semantics, andwhere open shutter is mentioned, then it means fluid can pass the shutter andthe shutter is in retraction stroke; otherwise the shutter is confronting fluidand in working stroke. In the figure, closing orunfolding shutter is done by water jet, and opening or folding shutter byflange hit, though water jet can be optional. The timing of shutter toggleis important for efficient energy harvest, and solenoids can execute timinginstructions from logic control module. The water jet is produced byjet pump, and mini-size could be okay because of low energy consumption oftoggling shutter. The absolute pressure of water jet is better to equal thefluid static pressure plus atmosphere pressure plus a threshold value that isdetermined by engineering conditions, because if too high then not economicelse if too low unworkable. In fact, toggling vanes ofshutter should not be only credited to the jet power, but also the subsequentfluid power, because the yaw effect of fluid will assist and quicken thetoggling transition, though the jet initialized or triggered and created thevane’s non-equilibrium state, and that is also the reason why toggling energyis negligible. For convenience ofcharacterization, as the operating rationale aka working principle is wellexplained in context of all above description, I abstract and define such arationale as fluid-DC-AC that means the unidirectional fluid pushesvanes that are alternatively changing orientation in parallel or vertical tostream by aforementioned mechanism so as to output mechanic energy duringreciprocal movement. It applies to both planar and quasi planar vanes, such asplain board, shutter-like, or even umbrella-like. By narrowing a waterway, thewater current velocity can be increased significantly, so as to harvest moreenergy, as the illustrated river banks in the figure. As a rule of thumb, fluidmotor is submersed in stream, generator is mounted on platform over water bodyand anchored to riverbed, and most applications work in shallow water exceptocean application. Coupling the fluid motor andabove-water generator is via transmission, such as sprocket mechanism, thoughdirect coupling may work if the generator is well water-sealed for submersibleuse and not big enough to block waterway. Comparison with rotary turbine Obviouslythe blades of a rotary turbine can only occupy very small percentage of wholecircular area, and there is a small angle between fluid force and blade surfaceso as to induce torque for rotation. Aquartet board turbine, usually in rectangular shape, can make full use of allcross section area of running fluid, and flowing force directly push boardsforward, such advantages can over-perform far greatly than the regular simplerotary turbine. Theloss of rotary turbine is only caused by friction, but for a turbine of boardtype, extra overhead energy is needed for driving jet pump and logic controllerand solenoid valves. Aslong as the fluidic power can cover the said overhead energy, i.e. overcomingthe breakeven threshold, then the fluid-DC-AC mechanism can work. Generallyspeaking, the overhead energy is very low, and none river holds dead water, sowhatever low head river resource can be utilized for energy production withthis invention. Ifdeployed in water body, such system is safe for fishes, unlike rotary turbinescan kill fishes. Thismechanism can also be utilized to harvest wind energy where an air compressorreplaces jet pump, but a yawing system or other complicated control system isneeded to track wind direction. Such system almost has no noise, and is safefor birds. Extended application – the fluid-AC-DC reciprocal pump Itis well known that most electric motors can also be used as generators withminor modification, though efficiency could be very low. Thisis also true in fluid circuit. Therefore, herein fluid-DC-AC motor can also be used as fluid-AC-DC pump with minor logicconfiguration, but the static leaking of fluid may frustrate some applicationsif substantial modification is not done. Postscript Fordetails, please check out my pending patent US15/267,122.
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[转载]【Matlab】有关流线的几种画法(转载)
JerryYe 2017-4-11 11:19
Matlab中对流体的可视化形式
个人分类: Matlab|3100 次阅读|0 个评论
流体运动与地震等自然灾害的关系研究
杨学祥 2017-1-11 15:50
流体运动与地震等自然灾害的关系研究 杨冬红 1 ，杨学祥 1 (1. 吉林大学 地球探测科学与技术学院 , 长春130026) 摘 要：本文建立了潮汐 - 均衡模式的球面模型的计算公式，计算表明，对于圆心角大于 90 度的海洋地壳板块，潮汐变化产生的地壳均衡运动累加力矩数值巨大，等效应力为 10 8 N ，足以形成板块相对运动，产生地震活动和火山喷发。一个明显的事例就是，准60年的拉马德雷准周期对应着全球灾害、世界经济长波、中国地震灾害和台风灾害。 关键词： 流体运动 ，跷跷板运动，太平洋十年涛动，世界经济长波，地震，台风，火山 ResearchontheRelationbetweenLiquidMovementandNatureDisastersuchasEarthquakesandsoon YANGDong-hong 1 YANGXue-xiang 1 (1.CollegeofGeo-explorationScienceandTechnology,JilinUniversity,Changchun130026) Abstract:Inthispaper,acalculationformulaonsphericalpatternoftide-isostasymodelisestablished.Throughcalculation,itisindicatedthatfortheoceaniccrustplatewhichcentralangleismovethan90 ° ,ahugenumeralvalue(itsequivalenceis10 8 N)ofaccumulativeforcemomentinthecrustalisostaticmovementcausedbytidecantriggeroffrelativemotionofplate,resultinginearthquakeandvolcaniceruption.Forexample,about60years’LaMadreparacyclecorrespondstotheglobaldisasters,worldeconomiclong-termfluctuation,earthquakes,volcanoesandtyphoondisasters. Keywords:tide-isostasymodel,seesawmotion,PacificDecadeOscillation,worldeconomiclong-termfluctuation,earthquake,typhoon,volcanoes 1． 问题的提出 中新网 9 月 7 日电 科学时报报道，一项早已被科学家普遍接受的地震理论如今遭到了“重创”。一个由美国地质学家组成的研究小组通过对加利福尼亚州洛杉矶市附近的圣·安德里亚断层进行研究后发现，一场大规模的地震之前并非一定要有一个较长的断层休眠周期 。 在地震史上，地球的南、北极地区还从未发生过任何级别的地震，这一奇异的地质现象一直是地质学界的一个未解之谜。美国的科学家经过 30 多年的观测研究认为，巨大的冰层是造成南极大陆和北极的格陵兰岛内陆地区没有发生过任何地震的主要原因 。一个明显的反例是，美国科学家在研究了美国宇航局 (NASA) 科学卫星从太空拍摄的照片和利用了计算 机模拟方法之后得出结论，阿拉斯加州南部冰川的加速融化会引起全球气候变暖，并大大提高该地区发生强烈地震的概率 。同理，北极冰盖的融化将导致频繁地震，事实并非如此。 由此看来，人们对引起地震的原因仍不清楚，有进一步研究的必要。 2． 理论计算 最新计算结果表明，潮汐使巨量地球流体相对固体作差异旋转运动。 为了计算方便， 杨学祥将海面升降简化为平面模型 。实际上，潮汐变化是在地球表面形成的椭球面起伏变化，平面模型仅仅是一级近似。相差 90 度圆心角的海洋表面由高潮（或低潮）到低潮（或高潮）的变化，正好形成此起彼伏的跷跷板式运动，由此形成的海水压力增减，使洋壳产生跷跷板运动。为了更精确地计算球面潮汐引起的地壳跷跷板运动，我们在本文建立潮汐 - 均衡模式球面模型的计算公式。 在球面上截取一圆截面，半径为 R ，圆心角φ所对应的弦长为 L ，由余弦定理，有 L=(R 2 +R 2 –2R 2 cos φ ) 1/2 =2Rsin( φ /2) （ 1 ） 设海平面增高数量 h 为φ的线性函数，即 h=k φ （ 2 ） 增加的海水压力微元为 df=dmg=gahpds=akgp φ Rd φ （ 3 ） 以 0 点为支点，力臂为 L ，增加的海水压力微元产生的力矩微元为 dM=Ldfcos( π /2– φ /2)=2akgpR 2 φ sin 2 ( φ /2)d φ （ 4 ） 在圆心角φ的闭区间 上积分，得力矩为 M= = akgpR 2 φ sin 2 ( φ /2)d φ =2akgpR 2 (b 2 /2–bsinb+1–cosb) （ 5 ） 最大等效压力为 f=M/L=akgpR(b 2 /2–bsinb+1–cosb)/sin(b/2) （ 6 ） 将k=60,a=25px，R=6371km,b=π/3，L=6371km代入公式得f=10 8 N. 这个结果比平面模型的计算结果更准确。对于同样的力臂L=6371km,平面公式的计算结果是P=1.2×10 8 N 。可见，两种结果有相同的数量级。 3． 资料证据 首先，地震的发生是地球本身在不断变化的表现，是震源所在处的物质发生形体改变和位置移动的结果，同大海会有波涛汹涌，天空会有风云变幻一样，是一种自然现象。地球上每天都在发生地震，而且多到一天就要发生一万多次，一年约有 500 万次。其中约 5 万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有 1000 次； 7 级以上的大地震平均一年有十几次。 9 秒钟就发生一次地震的频率，显然不是应力积累的结果，而是潮汐瞬时应力作用于地表板块裂隙而产生微小裂变的结果。在地球潮汐形变作用下，板块边界处于不断粘连胶结和错动断裂交替运动之中。长期的微小裂变可导致地壳断裂，并导致强震发生。研究微震规律可以探明强震的成因，强潮汐至少是激发因素 。潮汐高潮与低潮变化在赤道最大，大约为 60-2000px ；在两极最小，半日潮变化很微小，半月大小潮变化只有 15-500px 。以此解释地球的南极、北极地区还从未发生过任何级别地震的地质现象，具有更大说服力。 其次，在小冰期时期，强潮汐与强震同时发生。据 2000 年 3 月份出版的美国国家科学院论文集所公布的研究结果指出，目前气候变化与 1,800 年潮汐周期相关，强潮汐将深海冷水上翻到表面，使全球气候变冷。研究人员指出，就千年时间尺度而言他们关于潮汐的假说得到了一浮冰碎片沉积记录的支持，说明海洋水体的冷却接近于为强潮汐强迫所预报的时间。据 Keeling 的计算，大约在 1425 年即小冰期的末期，潮汐达到了最大值，从那以后逐渐减弱，直到 3100 年潮汐又达到最大值。这个周期是过去 1 万年气候变迁的主要动力。这个效应使地球的温暖期从小冰期末期一直持续到 24 世纪 。 在 1425 年即小冰期的末期，潮汐达到了最大值。 从15至17世纪的200余年内，世界上强震很多，其它自然灾害也很集中，这也正是蒙德极小值期。与之对应的中国华北第六地震活动期，延续了200多年，其间发生了4次8级地震，7次7级地震，其后的平静期延续了85年，未发生任何大于6级的地震 。 这个时期太阳活动处于极小值,人们往往把它当作小冰期气候产生的原因。 实际上，单凭太阳辐射能量变化不足以解释气候的巨大波动。郭增建提出的海震调温假说就是一个很有说服力的机制 。海洋及其周边地区的强震可使海洋深处冷水迁到海面，使水面降温，冷水吸收较多的二氧化碳，从而使地球降温。这个机制放大了太阳活动低值的降温效果，使更多赤道地区的海水转变为两极地区的冰盖。强潮汐、全球气候变冷和强震多发在小冰期的对应关系，为强潮汐激发强震提供了证据 。 第三，地震与强降水有对应关系。我们在 2001 年发现，沙漠区主要分布在无震区 。降雨不仅与外来云团有关，而且与当地的地下气体喷发有关，热点和构造活动的释热释气作用能产生降水再循环的类似于陆地植物的蒸发作用。这就是汤懋苍的地气涡流说。雅鲁藏布江“大峡弯”是地球强构造活动的热点，也是全球降水量最多，热带森林纬度最高的气候变化启动区 。对比马宗晋等给出的 20 世纪中国大陆及临区五个地震活动幕的时空分布 和高庆华等给出的 20 世纪中国七大江河流域严重洪涝灾害发生年份 ，可以明显看到地震等构造活动与特大洪涝灾害之间的对应关系。对比全球地震带，沙漠带，构造活动带和水系分布图可以发现，沙漠区主要分布在无地震，少水系，构造相对稳定的地台和地盾，如撒哈拉大沙漠、阿拉伯半岛和澳大利亚西部 。 30 年代、 50 年代和 90 年代严重洪涝灾害时期与第二、第三、第五地震活动幕相对应。 1920~1937 年， 1946~1957 年， 1990~2003 年发生在长江、黄河源头的强震幕是 30 、 50 、 90 年代严重洪涝灾害的重要原因 。由此看来， 2003 年 12 月 23 日重庆开县井喷与 2004 年 9 月 2-7 日重庆开县又遭受暴雨洪水的袭击确有因果关系。由此推知，在沙漠区开发地气资源，形成人工地气耦合，可以改变沙漠气候。人工开发地下气体的环境效应不容忽视。潮汐形变就是地球内部在断裂带的吸气和排气过程。 第四，全球气候和强潮汐都有准 60 年周期，强潮汐、低温冻害、强台风与强震对应。太平洋表面海水的冷暖变化影响其上空的高速气流，形成太平洋十年涛动 (PDO) ，亦称 “拉马德雷”现象。近 100 多年来，“拉马德雷”已出现了两个完整的周期。第一周期的“冷位相”发生于 1890 年至 1924 年，而 1925 年至 1946 年为“暖位相”；第二周期的“冷位相”出现于 1947 年至 1976 年， 1977 年至 2000 年为“暖位相”。在 20 世纪的气候记录中有两段时期全球气温明显变暖： 1925 年到 1944 年， 1978 年至 2000 年。 20 世纪的两段变暖时期 (1925-1944 年， 1978-2000 年 ) 与“拉马德雷”的“暖位相”对应。 如果“暖位相”的“拉马德雷”与“厄尔尼诺”相遇，将使其更强烈，出现的次数更频繁；假如“冷位相”的“拉马德雷”与拉尼娜”现象相遇，那么“拉尼娜”将显示强劲的势头，出现频繁 。在厄尔尼诺年，登陆我国的台风个数减少。从 2000 年开始，“拉马德雷”正在进入“冷位相”阶段，这将使“拉尼娜”现象的影响加剧：使厄尔尼诺强度减弱，使登陆我国的台风频度增加。 2004 年 8 月 12 日晚，今年第 14 号台风“云娜”登陆浙江省就是一个预警信号。它恰恰就是 1956 年以来该地区经历的最强一次台风。预测中的 2005 年或 2007 年拉尼娜事件将可能使中国有较强的台风灾害。“拉马德雷”的“暖位相”和“冷位相”两种形式交替界线 1890 、 1924 、 1946 、 1977 和 2000 年大致处于四个强震幕的边界附近，这绝不是巧合。它说明 气圈、水圈和岩石圈的物质运动、重力位变化和角动量交换 与强震密切相关 。 世界气候变化经历了 20 世纪初的低温期、 30-40 年代的温暖期、 60-70 年代的降温期和 80 年代后的迅速增暖期。 2000 年“拉马德雷”已经进入“冷位相”，一个新的变冷时期正在开始 。 1957 、 1969 、 1972 和 1976 年发生的严重低温冷害恰好在 1947 年至 1976 年“拉马德雷” 第二周期的“冷位相”和 60-70 年代的降温期 。这表明，今后 20 年内厄尔尼诺事件发生后，我国低温冷害的发生几率也随之增加。 2004 年厄尔尼诺发生后， 预防厄尔尼诺期间发生低温冷害已迫在眉睫 。预测中的 2008 年的厄尔尼诺事件可能发生强低温冷害。 第一次世界经济长波上升期出现在 1795 至 1825 年。第二次世界经济长波的上升期出现在 1850 至 1873 年。第三次世界经济长波上升期出现在 1890 至 1913 年。第四次世界经济长波的上升期发生在 1945 至 1973 年。第五次世界经济长波应起始于 20 世纪 90 年代末，也就是说 21 世纪头 20 年是第五次世界经济长波的上升期。对比可知，世界经济长波的上升期对应拉马德雷的“冷位相”，世界经济长波的下降期对应拉马德雷的“暖位相”。由于 1914 年爆发了第一次世界大战，使第三次世界经济长波上升期提前结束。这一一对应的变化，明确反映了全球气候变化对世界经济的重要影响和强潮汐影响全球气候的客观性 。 第五，强潮汐与厄尔尼诺的相互影响。赤道信风使暖水集中在赤道西太平洋，冷水集中在赤道东太平洋，温差为 3~9 o C ，高差为 40~1500px 。当厄尔尼诺到来时，情况发生逆转。由于地壳均衡原理和水均衡作用，东西太平洋地壳在拉尼娜事件和厄尔尼诺事件交替中至少分别升降 13~20 cm ，引发地震活动和火山活动，造成太平洋海温异常升高。由此引发的地壳均衡运动具有东西太平洋地壳反向升降的特点，与潮汐引起的东西太平洋海面1500px高差相叠加，相互加强。这是厄尔尼诺前后强潮汐激发地震火山作用非常明显的原因 。国外研究表明， 热带地区火山爆发可引发厄尔尼诺现象。根据厄尔尼诺气候急剧变化的时间记录与 1649 年以来记录在案的热带地区火山爆发的时间进行比较后发现，每当有一次火山爆发，当年冬天出现厄尔尼诺现象的几率就会增加一倍 。 在月亮赤纬角（月球轨道的白道面与赤道面的交角）最大值年（周期为 18.6 年，赤纬角由 18.6 o 增大为 28.6 o ） 1949-1951 、 1968-1970 、 1986-1988 、 2005-2007 ，潮汐的南北震荡最强烈，由此产生的海温均衡效应有利于厄尔尼诺的发生。其中， 1951 、 1969 、 1986-1987 都是厄尔尼诺年。 2005-2007 年中必有厄尔尼诺年。 我们做了 2004 年 5-8 月和 11-12 月为强潮汐预报 。 5-8 月强潮汐导致同期的强烈地震和火山喷发，地震相对强潮汐有明显的滞后期，是 2004 年发生厄尔尼诺的有利条件。 4． 2005 年预测 根据日食 - 厄尔尼诺系数和海温准两年振荡，我们在 2003 年就预测一次弱厄尔尼诺将发生在 2004 年或 2006 年 。一般日食 - 厄尔尼诺系数为 10 就可以发生厄尔尼诺， 2004 年的系数为 8.5 ，因此只能发生弱厄尔尼诺，且有可能隔年发生。我们也预测此次厄尔尼诺可能持续到 2005 年 5 月以前。 2004 年 11 月 -2005 年 3 月的强潮汐，加强圣诞节前后东太平洋海面的季节性增暖，使厄尔尼诺现象达到高潮。 2005 年 5-9 月是一个很长的强潮汐时期， 4 月 8 日和 10 月 3 日的日食发生在低纬度地区，有利于拉尼娜形成。由于目前处在拉马德雷的冷位相，拉尼娜现象强烈，所以，拉尼娜可能发生在 2005 年 5 月，也可能后延到 2007 年 。在 2004 年 11 月 -2005 年 3 月和 2005 年 5-9 月强潮汐时期，地震等灾害发生可能比较集中，登陆我国的台风频度增加。与 2004 年相反， 2005 年全球低温将是主要趋势，我国先旱后涝（春旱夏涝）可能性极大，要加强预防。我们预测， 2005 年 5 月前发生厄尔尼诺事件，中国将发生干旱； 2005 年 6 月后发生拉尼娜事件，中国将发生洪涝。 参考文献 1． 赵路 . 美国科学家认为大地震前无需较长断层“休眠”期 . . 中国新闻网 . http://www.chinanews.com.cn/news/2004/2004-09-07/26/481283.shtml . 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冰冻滴落的液珠
热度 3 zhongwei2284 2016-12-3 23:18
当一个小液珠从高空落下，重重的砸在地上，小液珠瞬间支离破碎，四溅出去，这是再常见不过的现象了。 E.Ghabache 和她的同事们好奇一个问题：当液珠击打到一个极低温度的固体表面，会发生什么事情呢？于是，他们做了一个很有意思的实验，让液珠击打在 0 到 -60 度的表面，发现了一些很有意思的现象。 图 1 ：液珠刚刚击打到冰冷的表面时的状态。类似一张摊开的饼，半径为 R ，厚度为 h0 ，基底温度为 Ts ，厚度 h(t) 以内的液体都已经结冰，而上层的液体则刚好处于冰点即 T0=0 度。 数百年前，人们就发现 当熔融的玻璃液珠滴落到冷水中的时候，液珠外围比中心更冷，收缩的更快，从而产生了分层的表面张力。在不到一毫秒的时间内，整个液珠最终变成无数的碎片。而当液珠击打到冰冷的表面的时候，也有类似的情况，此时，先是液珠成为碎裂（ Fragmentation ）状，这个是一个非常快速的过程，整个研究的空间被迅速划分成不同的区域。 图 2 ： (a) 液珠从 36 厘米高度落下的结果，温度分别为 Ts=-20.0,-31.1,-41.2,-50.3,-59.6 摄氏度，不同的结果可以归结为三个类型，即 1. 无裂纹型， 2. 碎裂型， 3. 分层裂纹型，结果是随着 deltaT 在变化，不同类型之间的相变温度约为 DeltaT=27 和 42 摄氏度； (b) 液珠击打到零下 31.1 摄氏度时的表面的结果，即液珠的向四周扩散以及固化得整个过程； (c) 液珠击打到零下 59.6 摄氏度时的结果。 图 3 ：常温下液珠击打到固体表面的结果 . 与在常温下，类似的实验得到的结果相比，或许是因为冰层的原因，并没有观察到液珠的收缩。取而代之的，是在液珠向外扩散过程中，看见了毛细波在液珠表面的传播，并且产生了液珠的固化。对于液珠击打到冰冷的固体表面， 不同的结果可以归结为三个类型，即 1. 无裂纹型 -- 整个固态的液珠底部依然很平滑， 2. 碎裂型 --- 裂纹开始从中心的“核”向外延伸， 3. 分层裂纹型 --- 裂纹一步步形成。需要指出的是，碎裂型的结果产生于液珠整体固化之后，而对于分层裂纹的结果，则形成于固化的过程中，当基底成为了固态，而上层的液体仍然不断进行着形成裂纹的过程。 图 4 ：相图：经过更多细致的研究，最终可以得到不同的结果的相图。灰色区域为 无裂纹型，红色区域为碎裂型，蓝色区域为分层裂纹型。 最终的结果可以反映在相图上，这个实验则为更好的研究断裂动力学（ fracture mechanics ）提供了一个很好的例子。 注1：文章为 E. Ghabache et.al., Frozen impacted drop: From fragmentation to hierarchical crack patterns, Phys.Rev.Lett., 117 ,074512(2016). 注2：图3来源于 C. Josserand and S.T. Thoroddsen, Drop Impact on a Solid Surface, Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 48: 365-391
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假如电子是流体，其直径是什么？怎么测量？
热度 4 zlyang 2015-3-10 09:56
假如电子是流体， 其直径是什么？怎么测量？ 电子，不是一个刚性球体，而是一个类似“木星、土星”的粘性流体结构。其物理属性有一定的空间分布（类似量子力学的波函数），又能变形。所以很难合理测量电子的半径，尽管电子是有内部结构的。 实际上： 随着尺寸的减小，“电子”表现出的性质，会有某种轻微的偏差。这个“偏差”开始出现的尺寸，“就是电子的直径”。 相关链接： 科学出版社，2015-03-10，宇宙之大遇上粒子之微 http://blog.sciencenet.cn/blog-528739-873317.html 欧洲核子研究中心(CERN)大型正负电子对撞机上的正负电子散射实验证实， 在 10 -17 厘米（十万万亿分之一厘米）尺度上没有发现电子有内部结构， 即电子仍然可看做点粒子。 德国的e-p 对撞机 (HERA) 高能电子探针已经可以探测质子深达 10 -18 厘米（百万万亿分之一厘米），仍然没有探到微观世界的 “底”（ 没有探到比夸克更深一个层次的物质，如亚夸克或Preon之类的东西） 。 人类从原子→ 原子核 →“基本粒子”→ 夸克→ …… 微观结构不断深入的探测中发现， 物质是无限可分的。但是，每深入一个层次，物质的形态并非 重复“原子的太阳系结构”，而 是有新的特点。例如，由 强相互作用结合在一起的质子和中子构成的原子核更像一锅粥 ，而不像 原子中电子和原子核的“松散”结构 。“基本粒子”如质子和中子等强子的夸克胶子结构是另一种新的形态：夸克由于禁闭机制而永远不能被打出来而成为自由运动的粒子。 这使得强子的内部结构更加新奇，才会在高能重离子碰撞中(RHIC)产生新的物质形态-夸克胶子等离子体。迄今为止，人类还没有探测到电子、 μ 子、 τ 子等轻子的内部结构。夸克和轻子内部结构是什么样子也许只有在将来的超高能宇宙线实验或在极高能量的 e + e - 直线对撞机实验中才可能作出回答。 对探测研究物质微观结构的粒子物理， 世界各国都在加大投入。日本正在建造“supper B factory”, 欧洲核子中心正在运转大型强子对撞机(LHC)并讨论未来建造Higgs工厂的可能性。 中国也在讨论在欧洲核子中心之前建造质心能量约250 GeV 的 e + e - 环形对撞机（Higgs工厂）的计划。 欧美一些国家还正在研究建造 μ 子储存环（中微子工厂）和 μ + μ - 环形对撞机（Higgs工厂）的可能性。 μ + μ - 环形对撞机（Higgs工厂）的优点是比 e + e - 环形对撞机（Higgs工厂）能量辐射损失小得多。关键问题是如何获得准直的 μ 子束流。这个难题还没有解决，各国正在研究。 以上这些计划正在把物质微观结构的研究推向深入。 2011-04-26， 电子、质子、中子的结构 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-437507.html 2011-04-27， 电子、质子、中子的结构 http://bbs.sciencenet.cn/thread-293685-1-1.html
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米国的城市真多啊
热度 7 QuanDong 2014-11-17 16:14
米 国的城市真多啊 董全 1. 梦 大白天，也可以做梦。可以做一帘清梦，也可以有多帘多彩的梦。 2.蝴蝶 dx/dt = σ(y − x) dy/dt = ρx − y − xz dz/dt = xy − βz 这是著名的 Lorenz 方程。在这组方程里， x, y, z 是所关心的变量，描述系统的状态； t 是时间； σ , ρ , β 是参数。用日常语言来说，参数反映一个变量在其他变量影响下变化的速率。 用数学的话来说，这组方程表述一个简单的、三维的、非线性的、确定性的系统。也就是说，这个系统的状态不是随机的，也不模糊。 这组方程告诉俺们很多东东。比较重要的一点是：在非线性系统，参数，亦即速率，决定着系统的行为轨迹。比如，上面两个图，就是把不同参数代入这组方程后，产生的完全不同的轨迹。 MIT教授Edward Lorenz用上面这个方程组来描述流体动态，并应用于气象研究。他通过这个方程的研究，提出了 氣象預報中 著名的“蝴蝶效应”：‘ 可 以 預言：一隻蝴蝶在 亚马孙河边 扇動翅膀 ， 可能 在 太平洋上 引起 台风。’ “蝴蝶效应” 告诉俺们：通过非线性的过程，一点微小的初始差别，引发的后果完全可以是南辕北辙。 而梦，也是流体。 （ 同科学网大V李泳博主的观点略有不同 http://blog.sciencenet.cn/blog-279992-614599.html ）， Lorenz的流体世界，随说难以准确预测，俺倒是觉得：它，很有一番美。 3. 知鱼须实践？ 刚出国的时候，有一个学期同三位中国同胞住一套学生公寓。大家一起做晚饭分享。饭后，会坐在客厅里，花十几二十分钟聊天，看看电视。然后，各自去计算机房和图书馆念书做课题。 一晚，电视转播棒球比赛。小张曾是北京钢院棒球队员，这时兴致顿生，看着棒球，侃些棒球故事。记不得咋整的，俺俩就争论起来，为的是一个垒上能不能同时站有同队的两个人。俺认为可以，根据是刚刚看到一个垒上同时站着同队的两个人（如上图）。小张说，棒球规则不允许两个同队队员站在一个垒上。那时，俺虽然对棒球相当无知，却也年轻气盛，不肯轻易认输，就祭出“实践是检验真理的唯一标准”的大旗，请另外两位女生看电视作证，看看一个垒上会不会同时站着两个同队的人。过了一会儿，果然见到两个同队的人站在一个垒上。于是，两位裁判判俺胜。俺得意扬扬，起身离开。小张则有点目瞪口呆，沮丧地也跟着离开，嘀咕着，“无知的人真是不可理喻。” 后来，俺得知，棒球规则确实不允许两个同队队员站在一个垒上。站在垒上的另一个同队的人，是教练。小张是对的。 “实践是检验真理的唯一标准。”这是个很流行的话语。在上世纪 70 年末的政治变革中，这个话语起过极大的拨乱反正的历史作用。只是，到了现而今，还守着这种话语来指点科学研究， NONSENSE 。 4.实践：数数米国的城市 N 年前，一位 中国顶尖 大学资深教授访美。此君拥有中国科协直属的大型学会之理事长、国家部委的科学顾问等等 许多 头衔，曾到过多个国家访问。这 次 ， 他来米国，俺略尽地主之谊， 为他作导作陪。 开车上路，随意闲谈。没多久，我们就路过了几处标志： Welcome to Key Biscayne, Welcome to Bay Harbor Islands ，等等。这些标志，象一面 矮 墙，立在路中或者路边，周围常常有花坛装饰，挺醒目。教授注意到了这些标志，不由地感叹： “ 到处都用花族锦簇的标志来表示欢迎，真是体现一种文明。 ” 俺 为教授恭添一点儿解释说，这些标志也都是市镇地盘的标志。驶过标志，我们就已经进入了所标明的城市。 教授有点儿好奇： “ 这些市怎么会这样小，我们一会儿就路过好几个，而且街道建筑都还连着。 ” 我说，市有大有小。各市的人口数量也可以差别很大，小到几千人，大到几十万上百万人。比如，在这 个 叫做 迈阿密 的大都市地区里面就有 几十 个 小 市。这些市各有自己的市政。对于具体的法律和程序我知之不详，只知道一个区域里的居民 可以根据自己的喜好 ， 投票 决定 ， 成立自己的市。有些大城市，市政管辖的地盘就像瑞士奶酪，上面到处有洞。 继续前行。不久，车子从一个色彩鲜艳的 大 牌子旁边驶过。牌子上面书有大字： City Furniture 。教授见之微微颔首，未语。没几分钟后，又 见 有带着 Circuit City 字样的红色塔楼立在路旁。这时，教授禁不住再发感叹： “ 美国的城市真多啊 ！ ” City Furniture （ 家具城 ） Circuit City （ 电器城 ） 瑞士奶酪 5. 俺梦， so ？ 笛卡尔说：俺思，故俺在 （ je pense, donc je suis ）。梦幻者说：我梦，故我在。 相似地，吃货说：俺吃，故俺在；浪迹天涯的游子说：俺行，故俺在；学究说：我读，故我在；大山学院的院长说：俺侃，故俺在。 在这般“俺在”之情景下，准确与误差，对与错，真与伪，从何而谈起？ 6. 鱼梦米国 * 豆腐 （此文断断续续写了一段时候。本段是临时加的。） 梦啊，梦！ 人人有梦！ 最近得知，带鱼和肘子也玩梦。不仅仅是玩，还就梦 x 米国掐了起来。本来，即便是吃货，对这类鱼肘无智之争也了无兴趣。只是，因此事，这厢肘子下了架，那边带鱼减了货，就成了吃货关心的事。于是，也去网上品尝了一把久违的肘子和新上市的带鱼。 带鱼和肘子都是许久未尝之物。品了之后，不知为何，却联想到了其它许许多多的网文，和莫言和白岩松的说法。网文，绝大多数，本身就属于“我发文发博，故我在”，“我梦故我在”，离开现实不远不近的，较真不得。莫言这样说过， 人一上网，就 会 变得厚颜无耻 、 胆大包天，就 会 借助网络厚颜无耻地吹捧自己 、 胆大包天地批评别人。 而 下了网后，这些吹捧和批评就会像屁一样消散。 而白岩松在国内读了许多关于米国的文字之后，来到米国，转了一圈，然后就那些文字总结了一句话：“你看的米国其实是中国。” 说起来，唱衰它国它地，唱好本土，并非中土独有，也本是世界各地各国各个角落的常见现象。这和做好梦一样，在哪里都释放正能量。假如，您反正也木有机会到米国来，又在风雪中奔波了一天，没挣到几个钱，这时候要是能够 想到 ， 米 国人 已经 穷得靠 借 中国债 去 度过难关，脸上不觉突然绽 放出 幸福的 微笑，那也不坏。把这想法放在网上露露，也无妨。人们只要明白莫言和白岩松的话，不要跟着众人起哄，去争论神马梦与米国之准确与否之对与错，天下本应是相安无事，和谐太平。 现而今，因了掐架，因了不安，就少了肘子，缺了带鱼。这让吃货情何以堪？看来，吃货们只能是沿着痞子蔡的路子，去吃豆腐吧。毕竟，原党总书记瞿秋白说过，中国的豆腐，世界第一。 7. 不知为不知 张帆童鞋，你在哪？当年的争论，是你对，是俺错！ 如果涉及他人，就有了公众的意义。在公众交流的意义上，就有了所谓真相、讲究对错也会重要起来。处理公众面前的争论，和解很重要，承认自己的错误，也有意义。 8. 知之为知之 可以让人们自说自话，各自表述。各种各样的表述离真相真情远 远近 近，自己心里有数就行。不必猛批痛批，不必都去做鲁迅，都那么刻薄。网文中，生活中，总是无知者众，误知者多，即便那些网文是出自大牌博主、高产写手、 WiKi 、百度百科。 须知，在对外部客观世界和历史事件的学习、认知和表述过程中， 误解总是伴随着理解而行 。 水纹：梦里依稀 注：文中所有照片，除了第一张和最后一张是博主所拍外，均来自网络。
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2014年SCI收录流体与等离子体期刊31种目录
wanyuehua 2014-4-26 12:33
2014年SCIE收录流体与等离子体期刊31种，其中SCI收录19种。 2014 年 SCI 收录流体与等离子体期刊 31 种目录 SCIENCECITATION INDEX EXPANDED PHYSICS,FLUIDS PLASMAS - JOURNAL LIST Total journals: 31 1. ANNUAL REVIEW OF FLUID MECHANICS 《流体力学年评》 Annual ISSN:0066-4189 ANNUAL REVIEWS,4139 EL CAMINO WAY, PO BOX 10139, PALO ALTO, USA, CA, 94303-0897 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 2. BIOMICROFLUIDICS 《生物微流控技术》 Bimonthly ISSN: 1932-1058 AMER INST PHYSICS,CIRCULATION FULFILLMENT DIV, 2 HUNTINGTON QUADRANGLE, STE 1 N O 1,MELVILLE, USA, NY, 11747-4501 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 3. COMMUNICATIONS IN NONLINEAR SCIENCE AND NUMERICALSIMULATION 《非线性科学和数值模拟快报》 Monthly ISSN: 1007-5704 ELSEVIER SCIENCE BV , PO BOX 211, AMSTERDAM, NETHERLANDS , 1000 AE 1. ScienceCitation Index Expanded 4. CONTRIBUTIONS TO PLASMA PHYSICS 《等离子体物理论文集》 Monthly ISSN: 0863-1042 WILEY-V CH VERLAG GMBH, BOSCHSTRASSE 12, WEINHEIM, GERMANY, D-69469 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 5. EUROPEAN JOURNAL OF MECHANICS B-FLUIDS 《欧洲力学杂志； B: 流体力学》 Bimonthly ISSN:0997-7546 GAUTHIER-VILLARS/EDITIONSELSEVIER, 23 RUE LINOIS, PARIS, FRANCE, 75015 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 6. EXPERIMENTAL THERMAL AND FLUID SCIENCE 《实验热力和流体科学》 Bimonthly ISSN:0894-1777 ELSEVIER SCIENCEINC, 360 PARK AVE SOUTH, NEW YORK, USA ,NY, 10010-1710 1. ScienceCitation Index Expanded 7. FLUID DYNAMICS 《流体动力学》 Bimonthly ISSN: 0015-4628 MAIKNAUKA/INTERPERIODICA/SPRINGER, 233 SPRING ST, NEW YORK, USA ,NY, 10013-1578 1. ScienceCitation Index Expanded 8. FLUID DYNAMICS RESEARCH 《流体动力学研究》 Bimonthly ISSN: 0169-5983 IOP PUBLISHINGLTD, TEMPLE CIRCUS, TEMPLE WAY, BRISTOL, ENGLAND , BS1 6BE 1. ScienceCitation Index Expanded 9. HIGH ENERGY DENSITY PHYSICS 《高能密度物理学》 Quarterly ISSN: 1574-1818 ELSEVIER SCIENCE BV , PO BOX 211, AMSTERDAM, NETHERLANDS , 1000 AE 1. ScienceCitation Index Expanded 10. IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE 《 IEEE 等离子体科学汇刊》 Monthly ISSN: 0093-3813 IEEE-INSTELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC, 445 HOES LANE, PISCATAWAY, USA , NJ, 08855-4141 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 11. INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL METHODS IN FLUIDS 《国际流体数值方法杂志》 BiweeklyISSN: 0271-2091 WILEY-BLACKWELL, 111 RIVER ST, HOBOKEN, USA , NJ,07030-5774 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 12. INTERNATIONAL JOURNAL OF COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS 《国际计算流体动力学杂志》 Monthly ISSN:1061-8562 TAYLOR FRANCIS LTD, 4 PARK SQUARE, MILTON PARK, ABINGDON, ENGLAND, OXON, OX14 4RN 1. ScienceCitation Index Expanded 13. JOURNAL OF FLUID MECHANICS 《流体力学杂志》 Semimonthly ISSN: 0022-1120 CAMBRIDGE UNIV PRESS, 32AVENUE OF THE AMERICAS , NEW YORK, USA ,NY, 10013-2473 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 14. JOURNAL OF MATHEMATICAL FLUID MECHANICS 《数学流体力学杂志》 Quarterly ISSN:1422-6928 SPRINGERBASEL AG, PICASSOPLATZ 4, BASEL, SWITZERLAND, 4052 1. ScienceCitation Index Expanded 15. JOURNAL OF PLASMA PHYSICS 《等离子体物理学杂志》 Bimonthly ISSN: 0022-3778 CAMBRIDGE UNIV PRESS, 32AVENUE OF THE AMERICAS , NEW YORK, USA ,NY, 10013-2473 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 16. JOURNAL OF TURBULENCE 《湍流学报》 Weekly ISSN: 1468-5248 TAYLOR FRANCIS LTD, 4 PARK SQUARE, MILTON PARK, ABINGDON, ENGLAND, OXON, OX14 4RN 1. ScienceCitation Index Expanded 17. MAGNETOHYDRODYNAMICS 《磁流体动力学》 Quarterly ISSN: 0024-998X UNIVLATVIA INST PHYSICS, MIERA 32, SALASPILS, LATVIA, LV-2169 1. ScienceCitation Index Expanded 18. MICROFLUIDICS AND NANOFLUIDICS 《微流体动力学与纳流体动力学》 Monthly ISSN:1613-4982 SPRINGERHEIDELBERG, TIERGARTENSTRASSE 17, HEIDELBERG, GERMANY, D-69121 1. ScienceCitation Index Expanded 19. NUCLEAR FUSION 《核聚变》 Monthly ISSN: 0029-5515 IOP PUBLISHINGLTD, TEMPLE CIRCUS, TEMPLE WAY, BRISTOL, ENGLAND , BS1 6BE 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 20. PHYSICAL REVIEW E 《物理学评论 E 辑：统计、非线性和软体物理学》 Semimonthly ISSN: 1539-3755 AMER PHYSICAL SOC,ONE PHYSICS ELLIPSE, COLLEGE PK, USA , MD,20740-3844 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 21. PHYSICS OF FLUIDS 《流体物理学》 Monthly ISSN: 1070-6631 AMER INST PHYSICS,CIRCULATION FULFILLMENT DIV, 2 HUNTINGTON QUADRANGLE, STE 1 N O 1, MELVILLE,USA, NY, 11747-4501 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 22. PHYSICS OF PLASMAS 《等离子体物理学》 Monthly ISSN: 1070-664X AMER INST PHYSICS,CIRCULATION FULFILLMENT DIV, 2 HUNTINGTON QUADRANGLE, STE 1 N O 1,MELVILLE, USA, NY, 11747-4501 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 23. PLASMA CHEMISTRY AND PLASMA PROCESSING 《等离子体化学与等离子体处理》 Bimonthly ISSN: 0272-4324 SPRINGER, 233SPRING ST, NEW YORK, USA ,NY, 10013 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 24. PLASMA PHYSICS AND CONTROLLED FUSION 《等离子体物理学与受控聚变》 Monthly ISSN:0741-3335 IOP PUBLISHINGLTD, TEMPLE CIRCUS, TEMPLE WAY, BRISTOL, ENGLAND , BS1 6BE 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 25. PLASMA PHYSICS REPORTS 《等离子体物理学报告》 Monthly ISSN: 1063-780X MAIKNAUKA/INTERPERIODICA/SPRINGER, 233 SPRING ST, NEW YORK, USA ,NY, 10013-1578 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 26. PLASMA PROCESSES AND POLYMERS 《等离子体处理与聚合物》 Monthly ISSN: 1612-8850 WILEY-V CH VERLAG GMBH, BOSCHSTRASSE 12, WEINHEIM, GERMANY, D-69469 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 27. PLASMA SCIENCE TECHNOLOGY 《等离子体科学和技术》 Bimonthly ISSN:1009-0630 IOP PUBLISHINGLTD, TEMPLE CIRCUS, TEMPLE WAY, BRISTOL, ENGLAND , BS1 6BE 1. ScienceCitation Index Expanded 28. PLASMA SOURCES SCIENCE TECHNOLOGY 《等离子体源科学与技术》 Bimonthly ISSN:0963-0252 IOP PUBLISHINGLTD, TEMPLE CIRCUS, TEMPLE WAY, BRISTOL, ENGLAND , BS1 6BE 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 29. PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY 《原子科学技术问题》 QuarterlyISSN: 1562-6016 KHARKOV INSTPHYSICS TECHNOLOGY, NATL SCIENCE CTR, 1 AKADEMICHESKAYA ST, KHARKOV, UKRAINE ,61108 1. ScienceCitation Index Expanded 30. RADIATION EFFECTS AND DEFECTS IN SOLIDS 《辐射效应与固体损伤》 Monthly ISSN:1042-0150 TAYLOR FRANCISLTD, 4 PARK SQUARE, MILTON PARK, ABINGDON, ENGLAND, OXON, OX14 4RN 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded 31. THEORETICAL AND COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS 《理论与计算流体动力学》 Bimonthly ISSN: 0935-4964 SPRINGER, 233SPRING ST, NEW YORK, USA ,NY, 10013 1. ScienceCitation Index 2. ScienceCitation Index Expanded
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牛奶是流体
xuehuiwang 2013-1-23 08:22
儿子在喝牛奶，不是很专心，我拿了两个吸管对他说“我们一起喝吧！” 他让我再拿一个要跟老公三个人一起喝。 老公正在做别的事情，不想加入我们，于是对他说“把牛奶分成三份，你们先喝完左边的两份，把右边的一份给我留着！” “牛奶是流体，哪能留下一份呢！”儿子很认真地回答。 ......
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问一个愚蠢的问题
热度 8 scientister 2012-10-31 09:52
一直以来，心中存在一个疑虑，不吐不快。今天借贵宝地请问一下：高速流体会产生负压，管道里面的高速流动的液体、气体，对管道壁统统都是正压，却是为何？ 记得一个典型的中学物理实验，玻璃管有一个细颈，玻璃管细颈部位和两侧分别有一根垂直的支管，玻璃管中有水流时，细颈部位水流速度快，支管中的液位低，说明细颈部位的压强低。 按照我的理解，细颈部位应该压强大才对。 —————————————————————————————— 我似乎找到中学物理试验设计的毛病了， 细颈部位支管的液位低，是因为细颈部分玻璃管的外壁上部比粗玻璃管外壁的上部低。如果细颈不是安排在玻璃管的中部，而是安排在玻璃管的上部，即细颈部分的外壁的上部与粗玻璃管外壁的上部一样高（水平），则三支支管中的液位就会一样高。 换句话说，玻璃管中的水流，无论是否在细颈位置，他们的压强是一样的（水不能被压缩的缘故），各支管中的液位主要取决于流体的压强，压强相同，相同质地液体的液位高度相同。 简言之，也就是说三支支管的液位高度其实是一样的。 差异取决于支管根部的位置！ 验证试验方案： 将一根玻璃管的中部弯一个U型（粗细一样），弯曲部位下置（U型开口向上），然后在U型底部玻璃管的外壁的上部设置支管，在U型管两侧的直管上也设置支管。玻璃管通入水流后，U型管上的支管的液位也会比直管上支管的液位低。 —————————————————————— 以上流体受力分析，欢迎指教。 —————————————————————————————————— 本文引用地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-190-627476.html scientister 2012-10-30 14:24 原来对饶毅认识不深，这次他主张转基因食品可以作为老百姓的主粮。我是反对他这种观念的。 他总拿蛋白质说事儿，按照他的理论，癌症患者手术切除的病灶，是否也可以被胃无害消化？避开伦理学上的问题，从纯生理医学来说是这样吗？恐怕也不是？ 博主回复(2012-10-30 14:38) ： 他懂毒理学吗? 恐怕比俺兽医还差！ 吹嘘自己而己 —————————————————————————————— 从DDT的兴衰看转基因生物的生态风险 本文引用地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-502444-627469.html scientister 2012-10-30 14:04 感谢楼主精彩的博文！ 完全赞同本文所表达的主题思想！ 我们责疑转基因食品的安全性，不是不热爱转基因科学技术，也不是不支持转基因技术研究，而是对自然存在深深的恐惧，人类真实是很脆弱的，能够繁衍到今天很不容易，伤不起啊！！ 博主回复(2012-10-30 18:35) ： 是的，就是这个意思！
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谜一样的水
热度 2 Michaelhu 2012-7-29 20:32
水，我们每天都接触它，是多么熟悉！ 但我们对它的行为又了解多少？动植体内的生物水行为？不要说在地下高温压条件下的行为，就连常温常压条件下的行为都说不清！ 岩石圈中水的含量、分布、 理化性质和行为，对成矿、岩浆、变形变质等地质作用的的影响，恐怕不是一、二代人能说得清楚的（尽管有一些认识），或者说是永恒的研究课题。 （与岩石圈中水相关的又一课题：地热田的分布及开发。国家正着力研究的潜在替代能源） 链接： 1)“英悬赏1000英镑求解：为何热水结冰比冷水快” http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2012/6/266225.shtm 2) “水科学若干关键基础问题研究”重大项目指南 http://www.nsfc.gov.cn/Portal0/InfoModule_396/49308_fj03.htm 又: 3) 8.“地球内部水的分布和效应”重大项目指南 (十二五第四批重大项目指南及申请注意事项发布) http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2014/6/297397.shtm
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流体涡旋漫谈
热度 36 zdwang 2012-7-8 11:29
流体涡旋漫谈
流体 涡旋 漫谈 王振东 涡旋 （ vortex ） 是流体团的旋转运动 （见参考文献 ［ 1 ］的 495 页 ） 。近代力学的奠基人之一、德国力学家普朗特（ L . Prandtl ）的学生、空气动力学家屈西曼（ D . K üchemann ）曾经说过：“涡旋是流体运动的肌腱。”这句话 是 流体力学中的至理名言，深刻概括了涡旋在流体运动中的作用。普朗特的另一位学生、北 京 航 空航天大学 陆士嘉教授曾更进一步地指明“流体的本质就是涡，因为流体经不住搓，一搓就搓出了涡。”这句话既道出了流体与固体的本质区别，又点明了流体运动中出现涡旋的原因。这里的“搓” ， 是指作用在流体上的剪切力。只要有物体（如飞行器、船舰、汽车、火车等）在流体中运动，紧贴在物面上的流体由于 黏 附在物面上，会被物体带着一起运动，而远处的流体却在静止中，这就产生了 对 流体 发生 “搓”的剪切力。 涡旋产生的原因很多，也十分复杂。近代流体力学己经证明， 只要在流体中有“涡量源”，就会产生涡 量 。 己证明如有下面几种情况，都会有“涡量源”出现： （ 1 ） 流体团所受到的力，可以分为体积力（如引力、惯性力、电磁力 、柯氏力 等）和表面力，表面力又可分解为垂直于流体团表面的法向力（即压力） ， 和与表面相切的切向力（即剪切力）。如果体积力不能表示为一个势函数的梯度，就 是 一个“涡量源” 。 （ 2 ）黏 性 流体 加上固体边界，会有“搓”流体的剪切力， 也 是一个“涡量源” 。 （ 3 ） 如果流体的状态方程中有两个以上独立的热力学变量（在流体力学中称作是斜压流动）， 又 是一个“涡量源”。 因为上述几种“涡量源”普遍存在 于 流体运动中，所以涡旋 运动 就成为流体运动中极普遍的运动形态。 我们可以从下面一些例子来了解存在于大自然中形形色色的流体涡旋。 涡 旋 星 系 宇宙空间的涡旋星 系 ，是 大自然中 尺度最大的涡旋 ，其尺度是“光年” 。 美囯科学院院士、 中国科学院外藉院士、美国麻省理工学院林家翘教授曾在涡旋星 系 研究方面，做出过开创性的贡献。 哈勃空间望远镜（ HubbleSpace Telescope ）是以天文学家哈勃为名，在环绕著地球的轨道 上工作的 望远镜，由美国宇航局和欧洲航天局共同管理。其位置在地球的大气层之上：影像不会受到大气湍流的扰动，视相度很高，又没有大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线，所以获得了地基望远镜所没有的好处。 哈勃空间望远镜 自 1990 年发射之后，拍摄到了许多美妙的涡旋星 系 照片，让我们认识到在宇宙中还存在那么多姿多态的星系， 也 说明 了 涡旋状态是星系存在的常态之一。 猎犬座的涡旋星系 哈勃望远镜的3号宽视场照相机2010年12月17日拍摄到的涡旋星系 台 风 每年， 随着仲夏季节的到来，在 我国 气象预报的卫星云图上，经常可以看到由大团白云显示的反时针旋转的大尺度流体涡旋。 台风是诞生在热带海洋上 风速达到 3 2 . 7 米 / 秒以上的 大气涡旋 （ 见参考文献［ 7 ］ ） ，其半径可达数百公里。它在 世界上 不同地方有不同的称谓：发生在西北太平洋和南海上的，称为台风；在北大西洋、加勒比海、墨西哥湾以及东北太平洋上的，称为飓风；在印度洋和孟加拉湾上的，称为热带风暴；在澳大利亚，则称为热带气旋。 台风之所以受到人们的关注，是因为它具有很强的破坏力，是一种严重的气象灾害。美国 2005 年 8 月的卡特里娜（ Katrina ）飓风， 曾 造成 1330 人死亡，损失 960 亿美元。 这 些 尺度相当大的流体涡旋 ，我国 曾统称为台风，现在按气象部门的定义，当热带气旋中心附近的风力为 8 ～ 9 级时称为热带风暴， 10 ～ 11 级时称为强热带风暴， 12 级及以上 才 称为台风。在北半球，热带气旋是反时针方向旋转的强烈的涡旋，其形状如漏斗，下层周围的空气向中心流入并向上升，而上层空气则向四周流出，其半径可达数百公里。由于它对人类的生活、生产有极大的破坏力，所以气象部门已将每年发生的热带气旋编号并命名来进行观测和预报。 全球热带海洋上每年生成约80 ~ 100个气旋。其中约36%发生在西北太平洋和南 中国 海上，这里是全球生成台风最多的海区 之一 。南大西洋热带海区，因为南极流来的冷洋流降低了水温， 而 不易发生台风。有人统计了42年资料，西北太平洋上共发生台风（包括热带风暴）1178个，平均每年约28个。 台风具有很强的破坏力，是一种气象灾害；但 对于干旱地区而言 ， 台风 又可带来降水，以解除伏旱。 有时候，也能在电视台气象预报的卫星云图上，看到同时产生 的 两个 或多个 热带气旋。 龙卷风 龙卷风是一种风力极强而范围不太大的涡旋，状如漏斗，风速极快，破坏力很大 （见参考文献［ 5 ］） 。其中心的气压可以比周围气压低百分之十。 龙卷风 的 平均直径为200 ~ 300米，直径最小的不过几十米，只有极少数直径大的才达到1000米以上。它的寿命也很短促，往往只有几分钟到几十分钟，最多不超过几小时。其移动速度平均每秒15米，最快的可达70米；移动路径的长度大多在10公里左右，短的只有几十米，长的可达几百公里以上。它造成破坏的地面宽度，一般有l ~ 2公里。 龙卷风上端与雷雨云相接，下端有的悬在半空中，有的直接延伸到地面或水面，一边旋转，一边向前移动。远远看去，它不仅很像吊在空中晃晃悠悠的一条巨蟒，而且很像一个摆动不停的大象鼻子。发生在海上，犹如“龙吸水”的现象，称为“水龙卷” （或称 “ 海龙卷 ” ， waterspout ） ；出现在陆上，卷扬尘土，卷走房屋、树木等的龙卷，称为“陆龙卷” （ landspout ，美国国家气象局称 dust-tubetornado ） 。 世界各地的海洋和湖泊等都可能出现水龙卷。在美國，水龙卷通常发生在美国东南部海岸，尤其在 佛罗里达 南部和 墨西哥湾 。水龙卷虽在定义上是龙卷风的一種，其破坏性要比最强大的大草原龙卷风小，但是它们仍然是相当危险的。 龙卷风的生存时间一般只有几分钟，最长也不超过数小时。龙卷风经过的地方，常会发生拔起大树、掀翻车辆、摧毁建筑物等现象，有时把人吸走，危害十分严重。 沙尘暴 沙尘暴(sandduststorm)是沙暴(sandstorm)和尘暴(duststorm) 两者兼有的总称，是指强风把地面大量沙尘物质吹起卷入空中，使空气特别混浊，水平能见度小于1km的严重风沙天气现象 （见参考文献［ 4 ］） 。其中沙暴系指大风把大量沙粒吹入近地层所形成的挟沙风暴；尘暴则是大风把大量尘埃及其它细粒物质卷入高空所形成的风暴。 沙尘暴是我国西北地区和华北北部地区出现的强灾害性天气，可造成房屋倒塌、交通供电受阻或中断、火灾、人蓄伤亡，污染自然环境，破坏作物生长，给经济建设和人民生命财产安全造成严重的损失和极大的危害。 海 啸 海啸在许多西方语言中称为“ tsunami ” ， 它 由 日语中“tsu”和“nami”两个词组成的，“tsu”的词意是海港，“nami”的词意是波浪。 此 词源自日文“津波”，即「港边的波浪」（津， 是 港口；波， 指 水流）。 国际科学大会 于 1963年 决定采用 这一词 汇来表示海啸 。 除北冰洋外，地球上的其他三大水域即太平洋、大西洋和印度洋，都多次发生过海啸，也都有重大灾难性海啸的记录。 海啸是 是一种具有强大破坏力的海浪 （见参考文献［ 8 ］） ，海啸的波速高达每小时700～ 9 00 km ， 用不了一天时间 就能横过大洋；波长达数百 千米 ，可以传播几千公里而能量损失很小；在茫茫大洋里波高不足一米，但当到达海岸浅水地带时，波长减短而波高急剧增高，可达数十米，形成有巨大能量的 破坏性 “水墙”。 由于 地震、海底 火 山 爆发或海底 崩塌 、以及 宇宙天体的影响 ，引发 地壳运动造成海底板块变形 、断裂 ， 板块之间出现滑移， 使 部分地层猛然出现 抬 升或下沉， 从而 造成从海底到海面的整个水 体 发生 了 剧烈“抖动” 。这种“抖动”与平常所见到的海浪大不一样。一般海浪只在海面附近起伏，涉及的深度不大，波动的振幅随水深衰减很快。地震 等原因 引 发 的海水“抖动”则是从海底到海面整个水体的波动，其所含的能量惊人 ，引发海水开始大规模的运动，形成海啸。 在海啸发生时，也会出现海水的大涡旋。 2011年3月11日在日本东北部名取，海啸引发的大涡旋 飞 机 飞机的升力、阻力都与涡旋密切有关。飞机飞行时，接近飞机的空气层在飞行产生的剪切力作用下，会搓出各式各样的涡旋。从下面的几个图，可以看出飞机飞行时产生的涡旋。 卡门涡街 美国宇航局 2009年5月 公布 了 所 评 选出的50年十佳地球卫星照片，排 在 十佳第一张的 照片 是 “陆地卫星7 号 ”2007年拍摄 的以下 这张图片 ， 它 展示了一排涡旋正在交替改变向前运行的方向，这正是“冯·卡门涡街” （见参考文献［ 6 ］） 。当风或者洋流被岛屿挡住去路时，会出现这种图形。 此 图片中的这些卡门涡街，是当风吹过太平洋北部向东运行过程中，遇到阿留申群岛时形成的。 2009年2月24日，来自北方的冷空气（可能是来自格陵兰的重力风）遭遇格陵兰海域上空的潮湿空气，在扬曼因（JanMayen）岛附近上空形成了一排排的积云。扬曼因岛阻碍了风的行进 ， 对天气也施加了影响。就像水流会分开绕过河里的巨石一样，吹来的风也会在扬曼因岛的北面分叉，然后在它的南面又再次汇拢。在扬曼因岛的下风处，当冷空气从岩石表面刮过时，形成 了 一连串螺旋状的涡旋， 这也正是 卡门涡街。在图片的左上角，可以看到一小片白雪覆盖的格陵兰岛的海岸线以及海冰。在靠近海岸线的地方还有许多巨大而不规则的浮冰漂浮着。这张照片 是 由美国宇航局卫星上的中等分辨率成像光谱仪拍摄的。 实际上，也还有卫星拍摄到的另外一些很清晰的卡门涡街照片。 这些卫星拍摄的卡门涡街照片，引起了人们对 冯·卡门 和 卡门涡街进一步了解的兴趣。 冯·卡门（TheodorevonKármán １８８１—１９６３ ） 被誉为“航空航天时代的科学奇才”， 他 是美藉匈牙利 裔 力学家，近代力学的奠基人之一，是我国著名科学家钱学森、钱伟长、郭永怀 ，以及美藉华人科学家林家翘 在美国加州理工学院 学习 时的导师。 卡门涡街是流体力学中重要的现象，在自然界中常可遇到。 流体运动通常是随时间变化的，但有时随时间变化不大，如河水在相当长一段时间内，流动几乎一样；飞机上的观测者来看，流动也几乎沒有变化。这时就可以认为流场状态不随时间变化，是定常流动。 在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落 出 旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街 。 卡门涡街的图片十分漂亮，有时可 当 作为艺术品 来 欣赏。 在一油流中圆柱后尾流中卡门涡街的形成 （取自 F.Homann, Forrch Ing-Wes,1936,7.I） 卡 门涡街不仅在圆柱后出现，也可在其他形状的物体后形成，例如在高层楼厦、电视发射塔、烟囱等建筑物后形成。这些建筑物受风作用而引起的振动，往往与卡门涡街有关。因此，现在进行高层建筑物设计时都要进行计算和风洞模型实验，以保证不会因卡门涡街造成建筑物的破坏。据了解，北京、天津的电视发射塔，上海的东方明珠电视塔在建造前，都在北京大学力学与工程科学系的风洞中做过模型实验。 燃烧气流中的涡旋 燃烧是在气体中进行的，燃烧产生的湍流中有许多涡旋。 各种各样的涡旋 在许多自然现象和研究领域中都可以看到各种各样的涡旋，也还有一些人们常见到的涡旋，如在小河转弯处常看到的涡旋，放掉家里澡盆里洗澡水时在澡盆出水口看到的澡盆涡，在高层楼房底部感觉到的马蹄涡，以及在两同轴旋转圆筒间出现的泰勒涡等等。 H.J.Lugt曾列表总结了各种涡旋的尺度谱（见参考文献［9］），如下表所示： 涡旋的名称 涡尺度结构 液氦中的量子涡 10 -8 cm 最小的湍流涡 0.1cm 昆虫引起的涡旋 乌贼喷射的涡环 0.1~10cm 尘卷 潮水中的涡 旋 1~10m 火山爆发的涡环 热对流云 100~1000m 湾流的涡旋 台风 大气高压和低压系统 100~2000km 海洋环流 大气环流 地球内部的热对流胞涡 2000~5000km 木星的红斑 土星环 太阳黑子 5000~10 5 km 银河的涡旋星系 用光年计 各种涡旋的尺度谱 涡旋的害与利 前面所谈到的台风，龙卷风 ，海啸 等 现象， 常常伴随着灾难或惊险，从而引起人们全神贯注的集中关心或全力拼搏、抢救，所以社会科学也将“涡旋”一词移植了过去，用来比喻遇到了极大的麻烦，像“陷入了某问题的涡旋 之中 ”。 实际上，在人们的生活与生产活动中，有时需要防止涡旋的不利作用，有时也需要涡旋 帮 忙，发挥涡旋的积极作用。 涡旋的产生伴随着机械能的耗损，从而使物体（飞机、船舰、车辆、汽轮机、水轮机等）增加流体阻力或降低其机械效率。但另一方面，也正是依靠适当设计的外形，才能产生使飞机获得升力、又减少阻力的涡旋。 在水利工程中，例如水坝的泄水口附近，为保护坝基不被急泻而下的水流冲坏，需采用消能设备，人为地制造涡旋以 加速 消耗水流的动能。还可以利用涡旋这种急剧的旋转运动，完成加快掺混媒质的任务，以加快化学反应的速度，增强轻工、冶金过程的混合速度，大大提高燃烧效率和热交换效率等。 人为制造涡旋所制成的旋风分离器，可用来分离由锅炉排放出烟气中的固体颗粒，使烟筒排放的气体较洁净，以达到环境保护的目的。 涡旋有害也有利，所以科学工作者 一直在 研究如何在生产过程中控制涡旋的产生和发展，并 加強 对自然界中有巨大破坏作用的 这类 涡旋 的 预报，研究减轻灾害的方法。 注： Vortex 过去曾译为“旋涡”，现 依 据全国自然科学名词审定委员会公布的《力学名词》，译为“涡旋”。 （本文部分图片自网络收集，来源不详，仅供力学科普之用，特此致谢图片的原作者） 参考文献 1、中国大百科全书编委会，中国大百科全书 · 力学卷，北京：中国大百科全书出版社，1985 2 、周光坰、严宗毅、许世雄、章克本编著，流体力学（第二版），北京：高等教育出版社， 2000 3 、王振东，诗情画意谈力学，北京：高等教育出版社， 2008 4、 王振东，平沙莽莽黄入天 — 漫话沙尘暴， 自然杂志， 2009 ， 31 （ 6 ）： 360 ～ 362 5 、 王振东，龙尾不卷曳天东 —— 漫话龙卷风， 力学与实践，20 10 ，3 2 （ 4 ）： 112 ～ 115 6、王振东，冯·卡门与卡门涡街， 自然杂志， 2010 ， 32 （ 4 ）： 243 ～ 245 7 、 王振东，风如拨山怒，雨如决河倾 —— 漫话台风， 力学与实践，20 11 ，3 3 （ 1 ）： 97 ～ 100 8、 王振东， 山抬风雨来，海啸风雨多 —— 漫话海啸 ， 力学与实践，20 11 ，3 3 （ 2 ）： 108 ～ 111 9 、 H.J.Lugt ， VortexFlowinNatureandTechnology ， NewYork ： JohnWileySons ， 1983 10 、 G.K.Batchelor 著，沈青、贾复译，流体动力学引论，北京：科学出版社， 1997 ( 己刊登于中科院高能物理所主办的《现代物理知识》 2012 年 24 卷 2 期 ) 附：《现代物理知识》 2012 年 24 卷 2 期 流体涡旋漫谈.pdf 另：应王号先生之邀，将“两个涡旋互相吸引、旋转和融合的图象”放在下面 这个图与太极图有点相像吧！ 又注：据天津大学力学系姜楠教授告知，在百度搜索上可知这张图片是 美国普林斯顿大学 2009 牟 5 月 举办科学艺术微观摄影展 上的 十大美丽科学艺术照 片之一，作者是 摄影师卢克-彼德森 ，作品名为“ 漩涡华尔兹 ”。 这幅作品捕获的是漩涡旋转过程的一瞬间。 图中看到是两个流体漩涡相互吸引、旋转和融合的奇妙图像。这种自然行为感应现象到处都有，从大气云图的产生到核聚变装置的运行。最开始是两个漩涡中心(图中暗红色部分)，随着螺旋纹和冲击波扩散到整个背景流体，最后两个漩涡互相环绕、互相结合。在图中，二维液态漩涡彼此吸引、旋转、融合形成涌动的华尔兹舞蹈。 （在文学艺术及社会科学领域中，常将“涡旋”称为“漩涡”或“旋涡”，但在力学领域的正式出版物中仍应按“力学名词”称为“涡旋”。）
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给我点水，我能把山抬起来
热度 26 Majorite 2012-5-6 10:27
给我点水，我能把山抬起来
给我点水，我能把山抬起来 嵇少丞 《构造地质学》科普系列之23 我很喜欢这张图片，岩脉中白色与红色部分代表不同热液的氧化程度, 或氧逸度。 有个谜语问：“中国哪个地方的人劲最大？” 答： “台（抬）山人”。台山是广东省的一个县，加拿大许多老华侨来自台山。 给我点水，我能把山抬起来。 给我点水，我能把地球撑裂。 这是我在课堂上给学生们说过的话。 这话不是吹牛，从理论上讲是完全正确的，因为只要岩石中的流体压力大到超过由岩石重量造成的垂直应力，这个深度以上的地壳及其山脉就抬起来了。岩石中那些走向近乎水平的岩脉就是地球历史上山被流体（局部）抬起过的明确证据 。 地球深处的流体，可能是岩浆，也可能是水的热液，其中溶解丰富的矿物质，最常见的是碳酸钙和氧化硅。当流体压力等于或超过岩石中最小主应力（σ3）和拉张强度（T）之和时，岩石就要发生拉张破裂，流体被强吸进岩石的张破裂，压力骤然降低。通常说来，流体中矿物质的溶解度随压力和温度的降低而降低，原先溶解于高压流体之中的矿物质就要在低温围岩的近真空张破裂中沉淀-结晶-生成，造成张破裂的堵塞、淤积、愈合。如果溶解于高压流体中除了碳酸钙（方解石）和氧化硅（石英）之外还有其他有用的金属或贵金属（例如，金），那么就成矿了。上述过程可以不断循环重复，即，岩石拉断-愈合-再拉断-再愈合……，经过无数次循环重复，矿化不断加强，最终形成富矿。 每次岩石发生破裂时对应于发生一次地震。所以，地震与地下的热液成矿作用是对应的。 上述机制不仅解释热液矿床的成因，而且解释自然界岩石中千奇百怪的岩脉（见图）的形成机理，这也是油田上常用的“液致破裂”有效增加采油量技术的原理。 岩石近乎水平的石英脉，上覆岩层被抬起，形成近乎水平的张破裂，石英从热液中结晶出来。这条脉是有多次“拉张-破裂-沉淀-结晶”过程重复形成。 方解石脉， 下周5，我要带学生去看的地方。 平凡的一块石头，反映矿脉-岩脉形成的过程， 科学无处不在。 显微镜下充填张破裂中的石英晶体，生成垂直于破裂壁。 家有这么一篮石头吗？ 这块标本上岩脉穿插期次指示应力场的变化，计算一下有过多少流体流过这块岩石 每块鹅卵石上都有岩脉穿过，说明流体对岩脉形成的作用 岩石中中国电信的图案，其实就两道白色岩脉 这块石头的图案就像人在跳舞,其实就是岩脉与鹅卵石表面的交线。 这块石头上的白色岩脉构成藏羚羊的图案 相对于抗压强度与剪切强度，岩石的拉张强度（T）是很小的， 只有几个MPa。所以，自然界岩石的张破裂极其常见，而且总是垂直于最小主应力（σ3）方向。 岩石中应力的状态通常用应力椭球来描述，应力椭球有三个相互垂直的主轴, 分别是σ1，σ2和σ3。还有三个主切面, 分别对应于σ1-σ2面，σ2-σ3面和σ1-σ3面，其上没有剪应力，只有主应力。由于地球表面是一自由面，其上没有剪应力，只有0.1 MPa的正应力，所以在近地表，应力椭球的三个主轴中必有一个要垂直于地面，其余两个平行于地面。在拉张构造区域，最大主应力垂直于地面，而中间主应力和最小主应力平行于地面，如下图所示。张破裂总是垂直于最小主应力， 所以也就近乎垂直于地面。在走滑构造域内，中间主应力垂直于地面，而最大主应力和最小主应力平行于地面。拉张破裂平行于最大主应力，并垂直于最小主应力，所以也垂直于地面。但在挤压构造域内，最小主应力垂直于地面，而最大主应力 和中央主应力平行于地面，因此拉张破裂平行于地面。 作雁行排列的垂直的岩脉 作雁行排列的近水平的岩脉 夕阳下的拉张岩脉。 （此科普博文的大部分插图照片来着网络,特此致谢)
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ANSYS技术(20)—“热—流体”场速度边界条件的加载
max 2012-1-19 12:21
1 问题来源： 一个发热的电力设备放在一个包装的金属盒内，期望通过风扇强迫流动空气的方式进行降温，如何模拟风扇的效果呢？ 首先，想到金属盒上开个流体“孔”，将这些孔的节点设置合适的速度，然后求解即可。但是，大失所望： 1) 如果将这个发热体完全当作一个自由散热体，计算没有任何问题。 2) 即使盒子开孔，只要不设置“孔”节点对应的流体速度，求解也没有任何问题。 3) 问题是，将“孔”节点对应的流体速度设置为 1.5m /s 也没有问题，可以求解，但是一旦超过 1.55m /s ，则在 Check 阶段就出问题，总是“主对角线为负值”的错误信息。 2 整改对策： 1) 根据警告节点查看，是系统最外节点，其实这些节点就是参考温度和压强，也没什么问题，相关单元也没有问题。 2) 如果把这些节点也设置为速度 Vx=0,Vy=0 ，则错误的节点发生变化，但是错误信息还是一样的。 3) 看来问题还是这个“孔”的问题。 4) 百度查：都非常复杂，就是一些公式，都在讲 Fluent 的问题，没有发现 ANSYS 的相关报道。 5) 查阅 ANSYS 帮助，发现有 inlet 和 outlet 很多说法，这些“进口”和“出口”都是作为边界来处理的。由此想到， ANSYS 中速度的“非零”设置是否只能在边界上呢？ 6) 试验：在系统的最外边界上随便设置 15m /s 的气流速度，结果 OK ，至少可以计算的；由此将孔正上方边界节点的气流速度设置为空气的强迫速度，则计算可以进行。 结论： 对于选择 141 单元的“热——流体”场，对于非零速度只能设置在场域的真正边界上。
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漩涡
热度 1 songshuhui 2011-1-25 18:15
木遥 发表于 2011-01-24 07:19 「当我去见上帝时，我要问他两个问题。为什么有相对论？为什么有湍流？我很相信他能回答上来第一个。」 上面这句话据传来自于海森堡。像一切科学史上著名的俏皮话一样，它的真实性颇为可疑。不过无论如何，它还是成了人们介绍湍流理论时最常引用的一句名言。 湍流之复杂，在数学上可以理解为三维空间中的流体方程的困难。在 Clay 研究所提出的七个千年数学难题中，第六位即是三维空间中流体方程的光滑解的存在性。大致上说，这个问题可以用生活中的语言叙述为： 给定三维空间中的一个流体的初始状态，证明这个流体会一直光滑地流动下去。 从物理的角度来看，这几乎是一句废话。正因为如此，几乎没有数学家会怀疑这个猜想的正确性。他们只是没法严格证明出来而已。 有趣的是，如果把空间从三维变成二维，情况会大不相同。上世纪三十年代开始人们就证明了在二维空间里流体方程解的存在性，并且意识到二维流体和三维流体在数学上表现出迥然相异的性质。在数学上，这种区别的根源在于在三维空间中「旋度」是一个矢量场而在二维空间中是一个标量场。简单地说，这意味着在三维空间中复杂的湍流在二维空间中就变成了人们更为熟悉的对象：漩涡。 从上世纪四五十年代开始，人们意识到二维空间中的漩涡就像一个个粒子一样，可以彼此之间发生作用。事实上，人们可以反过来通过分析漩涡的位置和运动，来重构出整个流体向量场，这反应出漩涡在对二维流体运动的理解中的本质地位。漩涡有顺时针和逆时针之分，同样方向的漩涡如果相撞，就会合并在一起。这促使人们采用类似于研究气体分子撞击所采用的统计物理模型来理解二维流体中的漩涡。描述漩涡之间相互作用的那些方程和描述粒子之间相互作用的方程在数学形式上是类似的，有趣的是，在描述粒子运动的统计物理方程中表示「绝对温度」的那一项，在描述漩涡的方程中是个负数。也就是说，充斥着漩涡的二维流体在某种意义上可以看做是一个「负温度」的空间。下面这幅图是用计算机模拟出的两个漩涡相撞时的场景。 不过为什么人们要研究二维空间中的流体呢，既然我们生活的空间是三维的？ 数学家们总可以说是为了好奇心，不过实际上，二维流体在我们生活中甚至比三维流体还要重要：我们的大气层厚度远小于横向尺度，所以基本上可以看做是完美地二维流体，海洋中的洋流也是这样。下面这两幅照片来自 NASA，前者是太平洋 Aleutian群岛上空的云层图样，后者是在 Alexander Selkirk Island 上空拍摄的。 在实验室里也可以制造出相当严格的二维流体，办法是通过肥皂薄膜。这些薄膜上的小漩涡们，看起来居然和蒙克笔下呐喊的小人有一点像。 当梵高画出那幅著名的《星夜》的时候，有没有想到过这些漩涡的意义会被后人反复追寻呢？ 您也可能喜欢： Your computer needs you 我们到底能不能消化奶？ 关于声响和气味的问题 FDA对”溶脂减肥”药物发出警告 Earth calling 无觅
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杂说“流”与大学
boxcar 2010-8-19 08:13
最近，流是在中国被提及频率极高的一个字。全国人民刚刚平复下甘肃舟曲的特大泥石流灾难所带来的哀痛，昨天（8月18日）云南贡山也发生了泥石流灾害，已造成了2人死亡，90人失踪，此间还传来了2008年汶川大地震的重灾区多处发生泥石流的噩耗【1】。就在大自然的泥石流不断肆虐、纷繁不绝的洪水这种流体也不断冲击着日渐老迈的河堤的同时，咱科学网上又在为一流大学展开新一轮的大讨论。由于本人水平层次不高（绝非一流人才），出身门第有限（母校尚不是公认的一流大学），交游不广（没在一流大学留学或进修过），所以无力也无意去评判大学、学科和人才是几流（虽然这种评判的帖子最火、最吸引眼球也最赚点击量），只能坐而论道，从自然规律和事物之间的相似性的角度，来说说流，论述一下自然界的流和人们眼中的流（特别是一流大学的流）之间的关联。 自然界中的流，往往是实实在在、可以被看见或感知到的流体流动。例如，水流、气流和泥石流。流体可以流动，是因为组成流体的组元之间的相互作用力不是太强，且相互之间不形成完全固定的相对位形；流体发生流动，是因为不同部位之间存在压差，所以会自动地向低压方向流动。描述流体的那些方程我就不费心去查找和书写了，反正这篇我博文也不是学术论文，只是粗浅、定性地谈点儿感受，简单地归结起来是一句著名的话水往低处流。 人们嘴里常说的流，更多的时候是一种人为弄出来的分类。例如：一流大学、一流人才、上流社会、二流子、卑鄙下流等等。如果拿人类社会的种种流和自然界的流去对比，我们会发现二者其实是大相径庭的。人类社会当中的流比较稳定，流动性也并不强。真正上流社会的绅士，通常不会再一夜之间就堕落成卑鄙下流的流氓，社会上到处流窜游荡的二流子也不可能立马变成绅士。正常情况下，真正的一流大学即使不幸发生衰败，也不会再短期内就变成末流的小角色，毕竟是瘦死的骆驼也比马大、虎死余威在，当然，人们眼中的N流大学再怎么追求一流大和拼命去学【2】，也不可能在很短时间内便跻身一流大学行列，因为罗马不是一天就建成的。静下心来想想，人类社会的很多流，与其说是流，倒不如说是势（地位），流前面的数字越小，则势越高，当然如果容纳流体（人才其实是流体【3】）则势能会越大，所以才有人往高处走之说。 力争一流，其实就是要忙着提高地位，积蓄势能，参照水利工程的做法就得修水坝。修水坝绝对是个技术活，要尽量借助山势争取因势利导，设计不能出偏差，施工也需要一丝不苟地干，要用真材实料而不能偷工减料，否则会有巨大隐患，真的来了洪水发生漫坝、管涌乃至决堤，就会杯具掉。争创一流大学何尝不是如此，简单地追求一流大和盲目地学，靠各种指标数字的堆砌不难成就水坝的高度和形状达到中看的目的，却未必就能够赋予它足够的强度真正做到中用。正如修座大坝是很辛苦的，建设一流大学当然也不是轻松的活儿。 其实，老天爷有时闲着没事儿也会修些水坝，那是地震或者泥石流等自然灾害发生后山坡上的土石滚落到河道中形成的，结果是阻塞河道而形成堰塞湖。抛开堰塞湖周围的凌乱场面，那些堆积得很高、有水从隘口溢出形成瀑布的堰塞湖一定也很壮观，这时可观的势已经有了，但我们在观赏的同时，不可不防这个不稳定的东西会给处在下游民众带来巨大的威胁，所以堰塞湖需要努力清除掉。有时天上掉馅饼的传说也会降临人间，由于某种机缘可以帮助一个人、一个组织机构甚至一个国家达到前所未有的层次或境界一流，不过这种偶发的机遇所带来的地位（势）往往并不稳固，如果自己只顾洋洋自得地孤芳自赏而不能设法加固它，在一个大的冲击下可能会迅速土崩瓦解。稳固地积累达到一个高度殊为不易，破坏和下滑却可以来得异常迅猛。 最后，俺在闲话几句人们眼中的流（势）。古诗有云横看成岭侧成峰，远近高低各不同，所以看事物的角度不同，用的评价手段不同，得出不同的结论很自然，所以才会大学排名总是错的【4】，大家自然都可以去点评各种关乎谁是谁不是一流大学的排行榜。在我看来，一所大学是否一流、在人眼中的高低贵贱（学费多少）可以见仁见智，达到那个像三峡大坝一样宏伟壮丽的高度时内在的根基是否稳固才是最最要紧的。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 参考： 【1】 新浪网：我国多地发生泥石流灾害： http://news.sina.com.cn/z/nanfangbaoyu2010/index.shtml 【2】 吕喆：建设一流大学的模式 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=321111 【3】 吕喆：论人才的流体特征 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=260003 赵星：大学排名总是错的 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=354047
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图解托里拆利定律
qlms 2010-7-29 22:47
前记： 托里拆利（ Evangelista Torricelli,1608 ～ 1647 ）是意大利物理学家、数学家。 1608 年 10 月 15 日出生于贵族家庭， 20 岁时到罗马在伽利略的学生 B. 卡斯提利指导下学习数学，毕业后成为他的秘书 。 1641 年出版了《论重物的运动》一书，企图对伽利略的动力学定律作出新的自己的结论，此论著被其导师卡斯德利在一次拜访伽利略时给伽利略看了。伽利略看完托里拆利论著之后，邀请托里拆利前来充当助手。 1614 年，托里拆利来到伽利略身边，此时伽利略已双目失明，终日卧在病床上。在他生命的最后三个月中，托里拆利和他的学生维维安尼担任了伽利略口述的笔记者，成了伽利略的最后的学生。（以上资料来自百度百科） 花絮： 1628 年，卡斯特出版了一本有关流体力学的著作．托里拆利仔细研读了导师的著作，还做了一系列实验，逐个验证书中的重要结论． 托里拆利通过实验发现：书中关于液体从容器底部小孔流出的速度和小孔离液面高度成正比的结论，和实验不符．经过反复测量和计算，他总结出水从容器底部小孔流出的速度和水从小孔上方的水面高度自由下落到小孔时候的速度相等，进一步得到了这个速度和小孔上方水面高度的平方根成正比的正确结论．托里拆利热爱和尊敬自己的导师，但是他并不盲从．他决定把自己的发现整理成文，公开发表，来纠正导师的这个学术错误．胸怀宽广的卡斯特里看到这篇文章以后，十分高兴，认定托里拆利大有培养和发展前途，立即决定让他当自己的秘书，在学术上给予他指导． 定理（定律）： 在充水容器中，水面下小孔流出的水，其速度和小孔到液面的高度平方根以及重力加速度的 2 倍（ 2g ）的平方根成正比。 图解托里拆利定律： 图 1 是一个圆柱形水桶，水桶内装满了水。在水桶的侧面 O1,O2 和 O3 （底面）处，有几个可以放水的水龙头，和水面的距离分别为 H1,H2 和 H3 。 根据托里拆利定律，我们可以推出下面的几点： 1 ）单独开启 O1 处的小孔时，液体从此处流出的速度与此处和水面的高度差 H1 有关，与 H2 和 H3 的大小无关。即O 1面 下水不论有多深，都不影响此处射出的水流的速度。同理单独开启 O2 处小孔时，水流射出的速度和 H3 无关，只和 H2 的大小有关。 2 ）如图1所示，底面有几个相同的排水小孔。如果几个小孔同时开启，在开启瞬间，小孔射出的水流的速度是相同的。 3 ）同时开启底部小孔时，水面下降的即时速度，与开启小孔的数量成正比，开启的小孔数量越多，即时下降速度越大。 通过图 2 可以看出，就算水面和底部的高度差是 H3 ，即开启底部的小孔时，射出的水流具有相同的速度，但是如果水面的面积不同，那么水面下降的即时速度，也是不相同的，水面下降的即时随度，与水面的面积成反比。 开放的问题： 如图3所示，水流自左上方沿斜坡下流，即由 A 流向 B 方向，如果在斜坡上的 A 处取一个截面，让水流从此截面垂直流下，即沿A-C方向，那么： 问题 1 ：当高度差 H 大于多少时，继续增加H对 A 处水流的速度产生的影响可以忽略不计。 问题 2 ，当水流沿 A-C 方向垂直流下时， A 处的流速肯定比水流沿 AB 方向要大一些，又因为水流是连续的，所以这种速度的增加会向上传递，不过速度的增加量会随着距离的增加而减少，那么当 L 为多大时，速度的增量接近 0 。 欢迎老师同学对后面的两个问题给与指导!
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mirror - 如何定义“流体”、“理想流体”？
liwei999 2010-7-18 02:23
新开个题问easylx，如何定义流体、理想流体？ (40993) Posted by: mirror Date: December 14, 2006 12:34AM 问这样的简单问题的原因是因为您对要加的那一个什么条件如何讲一问没有回答好。 能量守恒与动量守恒是不同的对称（美）。动量守恒有户口，叫牛一。能量守恒没有户口，不叫牛二。 不要吆喝方程式的变换，而要讲出个道理来，一般人就可以理解的。 -------- 就是论事儿，就事儿论是，就事儿论事儿。
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论人才的流体特征
boxcar 2009-10-6 10:04
论人才的流体特征人才流体力学（二） 人才虽不是流体，却经常喜欢流动，因为有句老话叫树挪死，人挪活，为了自己美好的前程（发展眼光）和幸福生活（主要看收入和待遇），在机会多多、猎头攒动的时代里，人才们自然会义无反顾地选择流动，而不是选择那种至死不离荞麦地儿的活法。所以，研究人才问题，特别是人才的流动问题，无论是要吸引人才流向自己，还是要竭力避免人才的流失，都需要学点儿流体力学，不过这是人才的流体力学。在引子中对 Tony 先生高论的分析不就是一个活脱儿的流体力学分析么？ 不过虽然人才是流体不假，但却是一种特殊的流体，直接套用经典流体力学的规律是要犯错误的，真要用点儿什么也只能先考虑借用一下流体力学的基本概念和基本原理，然后发展新的一套人才流体力学的理论了。 真正的流体力学有一些基本的假设 ，并可以用方程的形式表示。流体力学假设所有流体满足以下的假设：（ 1 ） 质量守恒 ；（ 2 ）动量守恒 ；（ 3 ）连续体假设 。 对于已被认定的人才，可以有数量守恒。因为已经被确定的人才（例如已入选并冠有帽子或光环的各种院士、学者、计划和人才等）总量是基本有数儿的，他们不在这个国家，就在那个国家，或者在两个甚至多个国家之间游动；可以从这个单位跳槽出来到一个新的单位，也可以在很多地方兼职，但无论如何，就算我们可以按照辩证法对他们一分为二地看（这其实也不是目前主流的做法），也绝对不能真正进行一分为二地办（千万不能在物质层面上进行切割！），所以鉴于人才在一个确定的时间只能出现在确定的位置，总量就基本是固定的，所以数量上是基本保持守恒的。 如果说到质量守恒，情况会比较复杂。说人才的体重问题不妥，因为人才们都挺辛苦的，体重由于奔波劳碌而下降或者因为招待太过盛情而增加都属于正常的涨落，我们也无意从真实的力学角度去研究这个问题（如果是相扑、拳击和摔跤之类有身体接触的对抗性的体育项目另算）。 在这里说质量守恒，不如说智量守恒，应该是指科技人才的智力因素。如果没有更新的创见在吃老本儿，那么智力及其产物思想（ Idea ）的总量变化可能也不大。考虑到人在交往中可以有更多智慧的火花不断迸发出来，所以新思想（ Idea ）是可以不断产生的，所以智量守恒是个值得商榷的问题。 智量可以有增长，但前提是人才自身在踏踏实实地做有实质的工作而不是靠着名头在务虚，对人才的使用应该侧重于发挥其专业特长而不是简单地利用其光环效应 。在智量层面上看问题，人才的可变形性和可压缩 / 扩张性实在是很大（有点儿像气体了）。 不过我个人以为，鉴于人和制度的特殊性，动量守恒和连续体假设两条似乎更值得商榷，希望广大网友博友提出宝贵意见，谢谢！ 请参考博文： 人才的流体力学 （一） http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=259715
个人分类: 青春年小|8166 次阅读|6 个评论
人才的“流体力学” （一）
boxcar 2009-10-4 18:57
这几天两节（国庆节 中秋节）假期，科学网的众博主们能在探亲访友、休闲旅游、参加庆典之余抽空上网来写博着实不易。话题除了国庆庆典（阅兵）、激动得高呼 祖国万岁 、感怀中秋等等以及一些比较常规化的学术争论之外，关于人才的水平、引进及使用问题也有些议论。为此，兄弟我再次发扬半年来一贯坚持的 不标新而专立异 的文风，借着王鸿飞老师的博文 发现与描述，兼谈人才引进 （ http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=259363 ）和吴飞鹏老师的博文 一流 = 不入流？ （ http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=259596 ）的话头，说一下关于人才的 流体力学 问题。【事先声明，流体力学不是我的专业，只是在 20 年前学普物《力学》课的时候学过一章，所以概念、原理的使用如有不当，万望各位专家不吝赐教，积极批评指正。】 引子 在王老师的博文最后，引用了一个挺有意思的观点 一流的人才才能招到一流的人才，二流的人才只能招到三流的人才。 (First rate people get first rate people, second rate people only get third rate people.) ，如果我没理解错，是说招人时先要比比招人者和被招者的水平，被招入者必须低于或等于招人者，若高了肯定就不要了，而且似乎是招人者的层次越低，则被招入者只会更低。其实这话说得有点儿复杂，还不如用一句歇后语直接阐明： 武大郎开店 只许矮子进。 持这种理念招人用人，其心态似乎已然不言自明了。这似乎是要 修水库建个水坝来憋水，要求水位不得高于水坝 一样。我们都知道，水坝的作用是用来控制水，以此理推断，招人者显然也希望控制被招入者。而被招入者的水平对招人者是个压力（准确的物理概念是压强）作用，被招入者水平越高，这个压力就越大。我想在王鸿飞老师所引用的 Tony 先生看来，一流的人才应该属于由武警水电部队修建的符合技术规范的高质量的水坝，所以安全水位更高些，可以抗住大洪水（一流水平的人才）；而二流人才相当于兴修农田水利年代由公社组织广大农民土法上马修建的水坝，只能抗住一些小的山洪了（三流水平的人才）。 可问题是，引进人才既非洪水更非猛兽，必须如此在意对其的控制么？最重要的是对人才的引进、吸收和利用，应当有哪些规律可循呢？这些问题，我会在下文陆续分析之。
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碳纳米管分散液或纳米流体
热度 1 yuweiyu2000 2009-6-7 10:44
改性后的碳纳米管表面引入羟基或者氨基，从而改变了碳纳米管的难溶、难分散的特性，而且碳纳米管的长径比也得到了很好的控制。引入羟基的碳纳米管无须添加分散剂可直接分散到极性基体流体中，此外也可以通过添加分散剂而分散到非极性基体流体或者其它聚合物中， 修饰后的碳纳米管的物理性能有极大改善。
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【水煮物理】(15)：大象无形
penrose 2009-6-3 23:44
（15）：大象无形 大白若辱，大方无隅，大器晚成，大音希声，大象无形。 《老子》四十一章 古人盲人摸象，或摸鼻子、或摸尾巴、或摸大腿、或摸屁股，无一能摸到大象的真实面目，即便十八摸绝技登场也恐怕摸不出个道道来。大概就是因为有这句大象无形吧？开个玩笑，事实上，此大象非彼大象，乃是《老子》中道谓之一也。大道无形，无形之物，便是超然。在本节的水煮大餐里，即将为读者您奉上无形的代表流体。 所谓流体，可以从字面上理解为流动的物体，也可以从形象上理解为没有固定形状的物体。给你一个流体，你可以塑造成任何形状圆的、方的、球的都可以，但这些形状实际上都是不稳定的只要你撤掉容器，流体就滩开成别的形状了。从微观角度来说，组成流体的分子或者粒子之间的相互作用非常之微弱，比如分子之间的范德瓦尔斯作用，它要比固体中的离子键、共价键、金属键之类的相互作用要弱的多，正是如此，分子之间的束缚就很小，于是它们之间的距离就很容易因外界扰动而改变，表现到宏观上，就是流体可以轻松拥有任意形状。用大象无形来形容流体是再恰当不过了。 伯努利方程图解 人们最早从物理学角度全面认识流体，是从伯努利开始。1738年，伯努利的《流体动力学》出版，建立了描述流体定常流动的伯努利方程。他设想气体的压力是由于气体分子与器壁碰撞的结果，结果导出了玻意耳定律。伯努利方程实质内涵就是说明流体在重力场中流动时能量守恒，一个简单的推论就是：流速高处压力低，流速低处压力高。生动的例子在中国科技馆都可以看到：从一个圆锥形的容器顶端往下吹气，你放一个气球进去，气球并不是顺着气流往下掉而是相反往上爬的；一个注满水的V形玻璃管两边分别放一个木球和一个空心铁球，静止时木球浮在水面而铁球沉在水底，当V形管旋转起来并达到一定速度时，铁球会浮上来而木球反而沉下水面去了。实际上，飞机快速飞上天空，喷雾器和汽缸发动机原理、足球中香蕉球和乒乓球中旋转球等等问题，都可以用伯努利方程来解释。流体的魅力在于它总是有一些捉摸不定的东西让你惊讶。 生活中最常见也是最特殊的流体当属水。常见是因为水覆盖了地球的绝大部表面，水孕育了地球上的一切生命，水也维持着地球上的一切生命。不止是女人是水做的，其实男人也差不多都是水货。说水特殊是因为水作为流体，水分子之间出了范德瓦尔斯相互作用，还有一种更特殊的相互作用氢键，也即水分子因为电荷极化造成分子和分子之间还存在一种更强一点的电磁相互作用。正是如此，水结成冰才体积变大使得冰浮在水表面而不是沉积在下面，否则地球上大部分的鱼在冬天都死翘翘了，整个生态系统都可能为此崩溃。氢键的存在也使得水的结晶态冰有各种非常漂亮的形状，至今人们也没有弄清楚水有多少种相变。 美丽的冰晶水的结晶态 除了水之外，生活中的流体还有空气，确切地说是各种气体。大气和水的共同相互作用，使得我们这个世界有风雨雷雾霜雪等等复杂的气候。正是因为空气可以随处流动，没有不透风的墙，才让世界的每一个角落都充满生机。全球大气循环带来的季风，就是地球的呼吸机。而大洋中水的循环则构成了洋流，为冰冷的两极输去了温暖。地球内部的熔岩也在不断地流动，这形成了地磁场有效地屏蔽了宇宙中大量的高能辐射，为地球撑起了一把保护伞。正是这些流体的存在，使得地球成为人类的美好家园。我们要珍惜水资源，也要努力缩小臭氧空洞和温室气体的排放，更要利用清洁能源避免环境恶化。 中国神话传说中的混沌就是一个大怪物 流体没有固定形状，用科学的话来说就是存在许多亚稳态甚至非平衡态，不稳定是流体的典型特征。水流的不稳定会有踹流的出现，小河里的小涡旋就是个例子。流体的最不稳定状态是混沌，一个小小的初始状态的改变会带了很大的不同效果。南美洲的小蝴蝶轻轻扇动翅膀，若干天后在北美洲就会引起一场飓风！蝴蝶效应的威力虽说夸张了点，但也无法否定这种可能性。科幻电影认为跨越时空到古代，哪怕是踩了一颗小草也许就毁灭了当今的一片森林，这或许也是对人类的一种警示吧。影片《后天》讲述的就是因为全球变暖导致洋流紊乱和气候恶化，地球从极地开始迅速进入冰川期，引发了全球性的大灾难。这并不是人类的可怕臆想，对这些善变的流体，若我们不善待它们的话，终有一天人类会遭到前所未有的报应的。 大气循环与季风 地磁场地球的保护伞 认识到地球上一些流体的重要性，再让我们看看宇宙中的流体。宇宙里的物质相隔距离一般都很远，从某些意义上说，它们之间的相互作用主要是引力相互作用这是一种非常弱的相互作用。或许可以把宇宙看做一个流体，这是宇宙学早期的简单思想。现代宇宙学发现了一种更为玄妙的流体暗能量，它占据了宇宙的73%左右的质量，是我们宇宙的重要组成部分。但暗能量究竟是什么东西，人们还在云里雾里。这个暗能量最匪夷所思的特征就是它具有负压强。一般来说，我们常见的流体都是体积越小压强越大的，或者说体积越大压强越小的。但是暗能量不同，它是体积越大压强越大！正是由于大量暗能量的存在，才使得我们的宇宙在加速膨胀，越变越大！ 暗能量宇宙的幽灵还是主人？ 从微观上，我们或许可以借意推广流体的概念。电流是电子的微观流动，热流是热量的微观流动，磁通涡旋流是磁通量子的微观流动，光的传播是光子的微观流动。尽管这些所谓流动还是经典物理学的概念和直观的想象，在现在量子力学的框架下这么理解并不正确，但我们至少形象地看到，原来微观粒子的流动也可以无形。宇宙大爆炸残留的辐射微波背景辐射就是一种粒子流，弥漫在整个宇宙中。 微波背景辐射示意图 有趣的是，不光是物理中流体的概念引入了流的物理思想，在数学里面也存在诸多的流。如矢量流和流形。流形是数学里的重要概念，是局部具有欧氏空间性质的空间，如果我们把几何形体看做是柔软的没有固定形状的，那么流形就是可以保持拓扑结构不变的空间（拓扑同胚），研究流形的性质只需要将其映射到欧氏空间就可以。这么一来，抽象的数学概念用形象的物理语言来理解就轻松多了。 流形数学里的重要概念
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如何节省分子动力学模拟所消耗的CPU时间
热度 2 jixuanhou 2009-4-12 06:56
关于分子动力学模拟中邻区列表算法的优化理论 侯吉旋 Laboratoire de Physique, UMR 5182 CNRS, Ecole Normale Suprieure de Lyon, 46, Alle dItalie, F-69364 Lyon Cedex 07, France 在过去的半个世纪里，分子动力学方法已经成功地应用到许多科学领域并取得了众多成果。但由于计算机的计算能力有限，大尺度的分子动力学模拟一直是一个难题。对于一个含有 N 个粒子的可加系统，每一步运算都需要计算 N(N-1)/2 个粒子相互作用。然而对于短程相互作用体系，如 Lennard-Jones 系统，每个粒子只与距离小于截断半径 R cut 范围内的粒子相互作用，因此在实际运算过程中只需要计算大约 (4 p R cut 3 r /3)N/2 个粒子相互作用即可， r 为系统的密度。可见大部分计算时间都浪费在对结果没有贡献的粒子间相互作用上。 为此在 1967 年 Verlet 采用了一种邻区列表算法，大大缩短了短程相互作用系统的计算机模拟的计算时间。在这个算法中，引入了一个比截断半径 R cut 稍大的列表半径 R list ，两者之差叫做皮肤半径 D R list -R cut ，见图 1 。在模拟的第一步，每个粒子的半径为 R list 的邻区内的粒子编号都储存在一个列表里，在接下来的运算中，我们只需要考虑该粒子与之相对应的列表中的粒子的相互作用，这样每步的运算量正比于 N 。直到有一个粒子的位移大于皮肤半径的一半，即 D /2 ，则列表需要更新，以免在列表半径以外的粒子进入到相互作用区域内，那么这一步的运算量正比于 N 2 。由于仅在需要更新列表的时候运算量与没有采用邻区列表算法时候的运算量相当，而其他步数都节省了很多运算时间，因此邻区列表算法大大加速了分子动力学模拟。 邻区列表算法示意图 皮肤半径 D 大小的选取直接影响了计算时间的长短。如果 D 太小，则列表需要经常更新，那么就无法节省计算时间。如果 D 太大，以至于列表里面几乎涵盖了整个体系大部分粒子，尽管列表不需要更新，但是每一步的计算量和不使用邻区列表的时候一样，也无法节约时间。因此需要选择一个最优的 D ，使得计算时间最小。 尽管邻区列表算法被广泛应用，但是很少有文章系统地研究过邻区列表算法的优化问题。我们提供了一种选择最优化参数的计算方法。 通过分别使用自由粒子近似和扩散近似对所需模拟的时间进行计算 , 再对两种近似计算进行比较 . 我们研究了更新间隔和皮肤半径 D 的关系。当 D 较小的时候，更新间隔是 D 的一次函数，对应于自由粒子近似；当 D 较大的时候，更新间隔是 D 的二次函数，对应了扩散近似。 更新间隔与皮肤半径的关系 the solid line is given by free particle approximation; the dashed lineis given bydiffusion approximation. 现在来看看我们最关心的计算机所消耗的时间。 下图显示了不同浓度下计算时间和皮肤半径大小的关系。正如所预期的，在皮肤半径 D 小的时候，自由粒子描述与模拟数据符合得很好，而在皮肤半径 D 大的时候扩散描述与模拟数据符合得很好。同时，在密度小的时候，自由粒子描述与大部分数据都很接近，而扩散描述只与小部分数据符合。而当密度升高，自由粒子描述与模拟数据的符合程度逐渐降低，而扩散描述与模拟数据的符合程度逐渐升高。从图中我们可以看到，能让计算时间最小的皮肤半径的值介于自由粒子描述的最优化点和扩散描述的最优化点之间。密度越小，实际模拟的最优化点和自由粒子描述的最优化点越接近。而密度越大，实际模拟的最优化点和扩散描述的最优化点越接近。 The CPU time as a function of the skin radius for different density. 有了我们的理论之后，做分子动力学模拟的你就不需要盲目的尝试了。如果你的系统处在低密度状态，使用自由粒子近似就知道怎么选择参数让计算时间最小。如果你的系统是高密度状态，那么用扩散近似就知道怎么选择参数了。一般情况下，最优的参数选择都会落在这两个近似给出的最优值之间。 References 侯吉旋，司黎明 , Optimization Theory for Neighbor List Algorithmin Fluid System Simulation . 物理化学学报 , 2009, 25 (03): 430-434.
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郡亭枕上看潮头
zdwang 2009-2-9 10:30
郡亭枕上看潮头
—漫话潮汐及其开发利用 王 振 东 江南好，风景旧曾谙。 日出江花红胜火，春来江水绿如蓝。能不忆江南？ 江南忆，最忆是杭州。 山寺月中寻桂子，郡亭枕上看潮头。何日更重游？ 江南忆，其次忆吴宫。 吴酒一杯春竹叶，吴娃双舞醉芙蓉。早晚复相逢？ 这篇“忆江南”，是诗人白居易（772—846年）抒发对江南忆恋之情的名作。早在青年时期，白居易就曾漫游江南，行旅苏杭；中年又曾先后于822年任杭州刺史，825年任苏州刺史。江南，特别是苏杭二州的秀丽风景，给他留下了美好的回忆。回洛阳后曾作多首诗词敍苏杭胜事，此词系开成三年（838年）他67岁时所作。 我们着重来看此词中段。偌大一个杭州，可忆的美景当然很多，而按此词牌结构，只能纳入两句，这就要选择最有代表性、感受最深的景物。月中桂子和浙江涌潮，便是白居易所选最有代表性、最美的回忆。钱塘江（又名浙江、之江、罗刹江）流至海门入东海，钱塘江大潮汹涌澎湃，犹如直立的水墙，排山倒海而来，怒潮滚滚，势不可当；潮头如万马奔腾，山飞云走，撼人心目。所以诗人任杭州刺史时，躺在郡衙建造的亭子上，就能观赏那卷云拥雪的壮丽景色。“郡亭枕上看潮头”，其形体当然是静的，但其内心世界是否也是静的呢？ 白居易另有一首七绝“观潮”，可以说明其观潮时的内心活动： 早潮才落晚潮来，一月周流六十回。 不独光阴朝复暮，杭州老去被潮催。 这里显然己蕴含着人生有限、而宇宙无穷的哲理，很值得人们深思。 苏轼（1037—1101年）在杭州任通判时，于宋神宗熙宁六年（1073年）写了五首钱塘看潮七绝“八月十五日看潮五绝”： 定知玉兔十分圆，己作霜风九月寒。 寄语重门休上钥，夜潮留向月中看。 万人鼓噪慑吴浓，犹似浮江老阿童。 欲识潮头高几许？越山浑在浪花中。 江边身世两悠悠，久与沧波共白头。 造物亦知人易老，故教江水向西流。 吴儿生长狎涛渊，重利轻生不自怜。 东海若知明主意，应教斥卤变桑田。 江神河伯两醯鳮，海若东来气似霓。 安得夫差水犀手，三千孩驾射潮低。 第一首只是做出看潮的打算，是一组诗的开头。第二首描述所看到潮的实景。第三至第五首，均是抒发看潮后兴起的感想、感慨、议论。我们着重来看第二首，其前两句“万人鼓噪慑吴侬，犹似浮江老阿童”连用了二个比喻，描绘潮来时的威势。怒潮掀天揭地呼啸而来，潮头奔涌，声响洪大，有如万人鼓噪，使弄潮和观潮的吴浓（吴人称我为浓），无不为之震慑。这里暗用了春秋时代吴越战争中的一个故事。鲁袞公十七年（公元前478年），越国军队在深夜中进攻吴军的中军，就在战鼓声中，万军呼喊前进，使吴军主力于震惊之余，一敗途地。诗人借用越军在此战役中迅猛攻坚的声威，非常形象地比喻奔啸的潮头。第二句又用了另一个威势壮猛的比喻，说是怒潮之来，有如当年王阿童（阿童是西晋名将王浚的小名。唐代诗人刘禹锡《西塞山怀古》诗中曾写：“王浚楼船下益州，金陵王气黯然收”）统率长江上游的水军，浮江东下，楼船千里，一举攻古吴都建业（今江苏南京）。这两个句都是实景虚写，借用典故比喻，写出了潮势之大。第三四句，则是实景实写，夸饰描述潮头之高。先以“欲识潮头高几许？”故作设问，以引出“越山浑在浪花中”的回答：这潮头究竟有多高呢？越山竟好似浮在浪花中间了。越山近指吴山和凤凰山，远指龛山和赭山，龛山、赭山在萧山境内对峙，形成海门。现在看来，海门在苍茫浩瀚的潮水中，潮头似卷越山而去，白浪滔天，怒潮似箭。这时诗的境界，也仿佛图画一样展现在人们眼前了。 2006年9月的钱塘江潮 实际上，众多唐宋诗人墨客，还留下不少精彩的诗句，描述过钱塘江大潮的雄伟壮观。 如宋之问“灵隐寺” 楼观沧海日，门对浙江潮。 苏轼“催试官考较戏作” 八月十八潮，壮观天下无。 刘长卿“送陶十赴杭州摄篆” 浙中山色千万状，门外潮声朝暮时。 陈师道（1053—1102）“观潮二首” —年壮观尽令朝，晚日沉浮急浪中。 李廓“忆钱塘” —千里色中秋月，十万军声半夜潮。 张舆“江潮” 罗刹江头八月潮，吞山挟海势雄豪。 刘禹锡（772一842年）“浪淘沙.八月涛声” 八月涛声吼地来，头高数丈触山回。 这些诗句都生动、集中地表现了雄奇壮阔、声势浩大、千姿百态的钱塘潮景观。 我国有18000多千米的海岸线，海域面积470多万平方千米，南部沿海平均潮差4—5米的地区比比皆是，以钱塘江口的潮差最大。夏季去北戴河旅游时，许多人去过山海关附近的孟姜女庙。在孟姜女庙堂的门口，有一幅不大容易念下来的对联： 海水朝朝朝朝朝朝朝落 浮云长长长长长长长消 这正是关于描述潮汐与白云的流体运动现象的一幅对联，可以念为： 海水朝（cháo）、朝（zhāo）朝（zhāo）朝（cháo）、朝（zhāo）朝（cháo）朝（zhāo）落； 浮云长（zhǎng）、长（cháng）长（cháng）长（zhǎng）、长（cháng）长（zhǎng）长（cháng）消。 这里，朝（cháo）与潮通用。 （清）袁枚：观潮图 （南宋）李嵩：月夜观潮图 潮汐及其产生原因 那么什么是海洋潮汐？为什么钱塘江的潮汐如此雄伟壮观呢？ 从流体力学看，海洋潮汐是海水受引潮力作用，而产生的海洋水体的长周期波动现象，它在铅直方向表现为潮位升降，在水平方向表现为潮流涨落。古人将早晨海水上涨称为潮，黄昏上涨称为汐，故合称为潮汐，或称海潮（古代涛与潮通用）。月球、太阳或其他天体对地球上单位质量物体的引力，与对地心单位质量物体的引力之差称为引潮力。太阳因离地球远，其引潮力只有月球的46％ 。农历每月的朔（初一）和望（十五或十六），月球、太阳和地球的位置大致处于一条直线上。此时月球和太阳的引潮力的方向相同，所引起的潮汐相互增强，使潮差出现极大值。这种极大值每半个朔望月（14.7653天）出现一次，称为大潮。农历每月上弦（初八或初九）、下弦（廿二或廿三）时，月球和太阳的引潮力方向接近正交，互相削弱情况最显著，故潮差达极小值，称为小潮。 古人对潮汐的认识，可追溯到汉代王充（27一97年）在《论衡》中所说“涛之起也，随月盛衰，大小满损不齐同”，它科学地说明了潮汐对月球的依赖关系。宋代余靖（1000一1064年）指出潮汐是—种“彼竭此盈，往来不绝”的波动现象。西方到17世纪，才由牛顿（1643一1727年）根据其提出的万有引力定律，用引潮力说明潮汐的原因，并为大家所接受。之后，D.伯努利1700—1782年）和P.S.拉普拉斯（1749一1827年）分别建立了潮汐的静力学和动力学基本理论。到19世纪60年代末，才形成潮汐分析和预报的方法，并得到应用。 杭州湾喇叭口形势图 发生在杭州湾钱塘江口的潮水暴涨现象，被称为钱塘江涌潮。我国沿海的潮波主要是由太平洋传入的，浙江沿岸、杭州湾一带正当其冲，加上杭州湾连接钱塘江口呈漏斗形状（见杭州湾喇叭口形势图），水域变浅变狭，单位体积海水的势能增大，致使潮差在海宁可高达8.93米。潮波在这里又与河水相遇，波面受到较大的阻力，使潮波波峰的前沿出现破碎现象；又遇水下沙埧，迫使涌潮分为“东湖”和“南湖”两支，继续向河口推进，并在大尖山和海宁之间发生潮波的折射、反射和交汇，有时能激起十余米高的水柱。破碎的的潮峰呈滚滚白浪，高度1一2米，并以4一6米/秒的速度传播。大潮带来的海水，一秒钟内常可达数万吨，所产生的力量也是惊人的。1953年8月的一次大潮，竟将海宁镇海塔附近高出海面七八米的石塘上，一座1500多千克重的“镇海铁牛”，冲出十几米之外。因为每年农历八月十八日，恰逢临近秋分的大潮，又正值雨季，平均海面升高，若再遇强劲东风或东南风，则风助潮势，涌潮的景象更加壮观，诗人描述的吞山挟海、涛声吼地、雄奇壮阔、千姿百态的钱塘潮景观就出现了。所以现在每年农历八月十八日，已被海宁定为观潮节，它吸引着海内外游客前去观赏。 在流体力学中，把涌潮看作是逆水流传播的水跃。所谓水跃是指海水自由表面，从一个高度在很短的距离内跃升到较大的高度。可用弗劳德数描述 涌潮是否出现。当弗劳德数略大于1时，出现弱涌潮波；当弗劳德数远大于1时，出现强涌潮波。对具体河?来说，潮差大并有平缓、宽阔漏斗形状的河口是发生涌潮的基本条件，钱塘江ǔ正具备了这二个条件。世界上至少有15处以上的涌潮，如南美州的亚马逊河?，涌潮可高达5米，流速约6米/秒；法国的塞纳河口，涌潮高达4—6米。 世界上最大潮差在加拿大的芬迪湾，为19.6米。我国沿海的平均潮差在1—4.5米之间，最大潮差就在钱塘江口，为8.93米。 潮汐的开发利用 潮汐的升降、涨落与人们的生活和生产活动密切相关。舰船的进、出港与航行，沿海地区的渔业、农业、盐业，港口建没，环境保护等，都必须考虑潮汐的变化规律。 海流、潮汐和波浪是海水运动的主要方式，利用潮汐发电是能源开发的—个重要方向。全世界潮汐能可开发的总客容量约10—11亿千瓦，如能充分利用，年发电量可达12400亿度。我国海岸线长达1.8万多公里，岛屿岸线长1.4万多公里，且港湾交错，蕴藏着极其丰富的海洋潮汐能源。据1985年普查，我国的潮汐能可开发的总容量约2158万千瓦，年发电量可达619亿度。 利用海潮涨落形成的潮汐能发电的水电站，称为潮汐电站。潮汐电站—般在地形和地质优良的海湾入口处建堤坝、厂房和水闸，与海隔开形成水库，利用涨落潮时库内水位与海水之间的水位差，引至厂房内的水轮发电机组发电。 潮汐电站有许多优点： （l）是可再生能源。潮汐周而复始，可经久不息地利用。 （2）虽有周期性间隙，但具有准确规律可预报，能有计划地纳入电网运行。 （3）是清洁能源。无废弃物的污染问题。 （4）没有淹没损失、移民等问题。 （5）—般离用电中心近，不必远距离送电。 （6）水库内可发展水产养殖、围垦和旅游。 在全球化时代的令天，资源和能源的效率将是市场经济持续成功发展的重要标志。由于潮汐电站有以上优点，世界上经济较发达的沿海国家，都很重视潮汐能的开发利用。 目前潮汐电站尚处于试验探索阶段，以法国起步最早，成效最大。法国在圣玛珞1966年建成的“朗斯”潮汐电站，年发电量达54400万度。加拿大在芬迪湾1983年投入运行的“安纳”潮汐电站，年发电量5000万度。 我国从20世纪60年代起，在山东、江苏、浙江、福建、广东等省已修建10多座小型潮汐电站，为沿海农村、渔场提供电能。浙江省温岭的江夏潮汐电站，是世界已建成的较大双向潮汐电站之一，这里最大潮差8.93米，平均潮差5.08米，电站功率3200千瓦，1989年发电量620万度。福建平潭幸福洋潮汐电站，最大潮差7.16米，平均潮差4.54米，年发电量达315万度。曾有人估计，著名的钱塘江大潮，如用来发电，其发电能力几乎等于三峡水电站的50﹪。 我们有理由相信，在强调可持续性发展战略和科学发展观的今天，我国沿海潮汐能的开发利用必将会受到重视，—定会使古代诗人笔下描述的潮汐，为我国现代化建设提供更多的电能。
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不尽长江滚滚流
zdwang 2009-2-1 08:10
不尽长江滚滚流
—漫话流体与流动性 王 振 东 何处望神州？满眼风光北固楼。 千古兴亡多少事？悠悠，不尽长江滚滚流！ 这是辛弃疾（1140一1207年）在宋宁宗嘉泰四年（1204年）三月赴镇江任知府，登临北固亭时，所写的《南乡子·登京口北固亭有怀》一词的上半阕。词人站在长江之滨的北固搂上，满眼望去，那壮丽的自然山水里,似乎隐隐弥漫着历史的烟云，引起了千古兴亡之感。因此，接下来问一句：“千古兴亡多少事？”纵观千古成敗，往事悠悠，词人以流体的流动抒发了感怆雄壮的忧虑之情，以长流不息的江水表达了胸中翻滚的不尽愁思和感慨。 唐宋诗词的一些名家颇善于用流体的流动性来表达各种情感，写出了一些脍炙人口的精美绝句： 李白（701一762年）《金陵酒肆留别》诗 请君试问东流水，别意与之谁短长。 《梦游天姥吟留别》诗 世间行乐亦如此，古来万事东流水。 《将进酒》诗 君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回。 君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪。 杜甫（712一770年）《登高》诗 无边落木萧萧下，不尽长江滚滚来。 李煜（937一978年）《虞美人》词 问君能有几多愁？恰似—江春水向东流。 寇準（961一1023年）《江南春二首（其二）》诗 日落汀州一望时，柔情不断如春水。 王安石（1021一1086年）《桂枝香.金陵怀古》词 六朝旧事随流水，但寒烟衰草凝绿。 苏轼（1140一1207年）《念奴娇.赤壁怀古》词 大江东去，浪淘尽，千古风流人物。 在诗句中用流体的流动抒发情感的事，可以追溯到我国最早的诗歌总集—《诗经》。它是自西周末年到东周春秋中叶（公元前1100一约公元前600年）这500年间的抒情诗集，共有305首，约在公元前600年左右编集成册。现在我们来看其中用流体的流动性抒发情感的两首（左为原诗，右为白话译文）： 《邶风.柏舟》 泛彼柏舟， 泛荡着的柏木舟， 亦泛其流。 随着河水在飘流。 耿耿不寐， 焦虑不安难成眠， 如有隐忧。 痛苦忧伤涌心头。 微我无酒， 不是我家无美酒， 以敖以游。 遨游也不能消愁。 诗中以随河水飘流的柏舟，写出了主人公沉郁的心情。即使是美酒、遨游也不能排除自己的痛苦忧伤。邶（bèi）是周代诸侯国名，在今河南省汤阴县东南。 《邶风.泉水》 毖彼泉水， 清清泉水泛绿波， 亦流于淇。 涓涓流淌入淇河。 有怀于卫， 怀念卫国我故土。 靡日不思。 没有一天不惦记， 娈彼诸姬， 同来姊妹多美好， 聊与之谋。 且和她们共商议。 诗中以泉水始出，涓涓地流淌入淇河，比喻出嫁他国的妇人不能回归卫国，却又没有—天不在思念卫国。无可奈何时，只有与同嫁来的女子谈昔日，念故旧，想亲人，思回归，含情不尽。 王安石“桂枝香”（六朝旧事随流水）插图 流动性是流体的主要特性。在常温常压下，物质可分为固体、液体和气体三种状态（在特殊情况下，还有等离子态和超固态）。近代物理学的研究表明，任何物质都是由大量分子构成的，这些分子处于永不停止的随机热运动和相互碰撞之中，同时各分子之间还有—种相互作用力。对于固体，分子间相互作用力较强，无规则运动较弱，不易变形；对于气体，分子间作用力较弱，无规则运动剧烈，易于变形和压缩；对于液体，其特征介于固体和气体之间，易变形，不易压缩。气体和液体又合称为流体。从力学分析的角度，通常认为，流体与固体的主要差别在于它们对于外力的抵抗能力是不同的。固体有能力抵抗—定大小的拉力、压力和剪切力。当外力作用在固体上时，固体将产生—定程度的相应变形。只要作用外力保持不变，固体的变形也就不会变化。因此，当固体静止时，既有法应力，也有切应力。而流体在静止时，不能承受切向应力，任何微小的剪切力的作用，都会使流体产生连续不断的变形。只有当外力停止作用时，流体的变形才会停止。流体这种在外力作用下连续不断变形的宏观特性，通常称为流动性（或易流性）。 自然科学：比拟流体流动进行研究 在自然科学的发展历史上，有许多将其比拟流体流动进行研究的例子。 爱因斯坦（A.Einstein）和英费尔德（L.Infeld）合著的《物理学的进化》一书中，就谈到了一些在物理学上比拟流体流动进行研究的事例。如： 对热学的研究，一开始就是将其与水比较，比拟水从较高的水位流向较低的水位，认为热从较高的温度流向较低的温度。后来虽已将热看成能的形式之一，但这种热流的比拟仍在起作用。 对电学和磁学的研究，早期也都曾比拟为电流体和磁流体来研究电磁现象。后来又比拟流场，来研究电场和磁场。 在光学的研究上，有比拟质点运动的“粒子说”，和比拟流体波动的“波动说”，后来“粒子说”演化为“量子说”，但“波动说”仍然存在。 在声学的研究中，声速本身就定义为小扰动传播的速度，所以声学更是以比拟流体波动在研究发展。 在天文学的研究上，有不少概念也是比拟流体流动得来的，如将夜晚天空中由闪烁的星座组成的一条明亮的光带，比拟成“银河”。又如，将银河系之外一种从正面看形状象涡旋，从侧面看形状象梭的星系，称为“涡旋星系”；将星际空间分布着的许多细小物体与尘粒，叫做“流星体”。 现代自然科学正面临着深刻的变化，非线性科学贯穿着数理科学，生命科学、空间科学和地球科学，成为当代科学研究最重要的前沿领域之一。而推动非线性 科学发展的一些重要概念恰巧又来源于流体运动的研究。如： 孤立波，是拉塞尔（J.S.Russell）于1834年在爱丁堡挌拉斯哥运河中，观察到的一种他称作大传输波的现象。当时他正骑在马背上，追踪观察一个孤立的水波在浅水窄河道中的持续前进，这个水波长久地保持着自己的形状和波速。这一奇妙现象的发现，就是关于孤立波和现今关于孤立子研究的起始。 混沌的研究尽管在数学上可以追溯到Poincare栅栏和Birkhoff平面环扭转映射的吸引子，但促使混沌研究热起来的，却正好是流体湍流的研究。洛仑兹（E.N.Lorenz）于1963年在研究大气对流现象时，从流体动力学基本方程组（纳维一斯托克斯方程组）出发，经过量纲一化并作傅里叶级数展开，截取头一二项，得到傅里叶系数满足的一组常微分方程，称为洛仑兹方程（Lorenz方程），它的解在一定的参数范围内，当时间充分大时是一个混沌解。自洛仑兹模型发表之后，对混沌的研究才热了起来。 分形，是曼德勃罗（B.B.Mandelbrot）1967年在研究湍流时首先提出的，并将其应用于星系、海岸、河网、树皮等的测量，现己应用到自然科学和工程技术的各个领域，成为推动非线性科学的重要概念之一。 洛仑兹吸引子 曼德勃罗集 社会科学：比拟流体流动进行研究 在人文社会科学中，经常可以看到用比拟流体流动所引出的许多概念和术语。如： 将文学上的一种创作方法称为“意识流”； 将人们工作单位或地方的改变，称为“人才流动”； 将社会成员的社会地位或职业的改变，称为“社会流动”； 将某产品的加工过程分成若干不同的工序，按顺序进行，称为“流水作业”，这样的生产线亦称为“流水线”； 将商品或资金的周转过程，称为“流通过程”； 将物资的运输、配送，称为“物流”； 将某一件事的历史很悠久，称为“源远流长”； 将时间过得非常快，称为“年华似水流”或“似水流年”； 将人的心情很平和、安静，称为“心平如水”或“心静如水”； 将没有根据的传言，称为“流言蜚语”； 将感情不自觉地表现出来，称为感情的“流露”； 将某一事物或事件在短时间内集中出现，比喻为“潮水”，如“学潮”、“民工潮”、“金融潮”等等。 在军事科学上，被国际公认为最早的军事理论著作的《孙子兵法》，其“虚实篇”的最后一段： 夫兵形象水，水之形避高而趋下，兵之形避实而击虚。水因地而制流， 兵因敌而制胜。故兵无常势，水无常形。能因敌变化而取胜谓之神。故五 行无常胜，四时无常位；日有短长，月有死生。 也正是将用兵作战比拟如同水的流动。 “兵无常势，水无常形”这段话的意思是：用兵作战如同水的流动。水流动的规律是避开高处而流向低处；用兵取胜要避开敌人坚实之处，而攻击其虚弱的地方。水因地势的高低而不断改变流向，用兵作战要根据敌情变化而决定其取胜的方针。水没有固定不变的形态，所以用兵也没有固定不变的原则。能够根据敌情的变化而取得胜利的，才可以称得上用兵如神。用兵作战的原则，如同自然现象一样，五行（古人认为：金、木、水、火、土是五种物质）相生相克；四季（春、夏、秋、冬）依次交替，不可能哪一个季节在一年中常在；白天有短有长，月亮有明暗圆缺，永远处于变化之中。这段话以流体的流动等自然现象的变化，生动地比喻并阐述了兵家之法。 《孙子兵法》系孙武（约公元前500—前440年）所著，此书总结了春秋（公元前770—前476年）末期及以前的作战经验，揭示了战争的—些重要规律。所以，这实际上是我国古代对流体属性认识和应用得很早的科学论述。 还有一个有趣的例子，是莱特希尔（M.J.Lighthill）和惠瑟姆（G.B.Whitham）于1955年成功地将行驶的车流，当作可压缩流体来处理。他们提出了一个流体力学的模型来研究一条很长的单行路上车辆的运动。于是在研究交通管理时，又出现了“交通流动”的概念和术语。 流体与固体的区分并不绝对 前面谈到流体与固体的主要区别在于会不会流动，而这种区分实际上并不绝对。当放大了时间尺度后，就可以看到固体也会流动。沥青是固体，但容易发现，在马路旁边堆放着的准备修路用的沥青，时间一长就在悄悄地“流动”，向四周伸展开去。由于小草生长不快，可以慢慢地将铺设简单又较薄的沥青面推开，在地上露出来。瑞利（J.W.S.Rayleigh）对玻璃板作过一个实验：取一块长35厘米、厚0.3厘米的玻璃板，在沿长度的两边支起来，板的正中放一6千克重物。从1938年4月6日到1939年12月13日，放置了一年零八个月后，将重物取下，测出玻璃板中部向下“流动”了6×10的负4次方 毫米。这个实验表明，玻璃在受力相当长的时间后，也具有流体的性质。 金属会有蠕变，也是一种流动。当观察地层断面时，我们可以看到岩石有皱纹状的褶曲结构，这是岩石在流动的证据。在几亿年的地质年代里，岩层受着横向的力而流变或褶曲形状。在一些山谷里，冰川慢慢地向下流了几千年，古代冰川流动的痕迹还遗留在岩石的表面上。有人测量计算过冰川的黏滞性，大约是混凝土的100万倍；而混凝土的黏滞性，大约是水的100亿倍。可见无论冰川是多么“黏”，多么难于流动，然而经过几千年、几万年，冰川终就还是在慢慢地向下流动。当然还有一个使固体流动的因素是温度。温度升高后，也会促使固体更快地表现出流动性质。 秦岭岩石褶曲结构图 流体与固体的关系还巧妙地在现代工业生产中表现出来。现代工业生产工艺的重要趋势之一，是将固体形态的原材料采用粉碎、浸提、熔化、加某种流体搅拌等办法使之流体化后，在流体运动的过程中进行反应、提炼、加工、改性等，最后再经过冷却、干燥、浓缩、蒸发、挤入模具等形成固体形态的产品。如冶金、造纸、化纤、塑料、橡胶、化肥、制糖、制造巧克力等食品……无一不是这种工艺思路。于是，这些工业生产的效率及产品的质量，也就在很大程度上依赖于人们对流体运动规律的认识、掌握和应用。 总之，人们在从流体运动及其规律中吸取各种各样的“营养”，去发展自然科学和人文社会科学，去发展生产，为人类造福。
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科学与艺术之流体百态
eloa 2008-11-14 12:07
Melipal 发表于2008-11-14 星期五 5:00 流体运动的多样性和不稳定性长期以来都是流体力学重要的话题。由于描述方程组往往是非线性的，对相当一部分情况，解析计算比较困难，因此通过实验或数值模拟来直接观察流体的行为也是重要的研究手段。下面这些图片都选自美国物理学会流体力学分会举办的年度流体运动图片展，有的是实验结果，也有计算机模拟图象。其意义不仅仅在于科学，更有着独特的欣赏性。 左图：风洞中的振荡流。图片提供：C. Stern 1 , S. P. R. Czitrom 2 , and R. Godoy 2 , (? 1 Facultad de Ciencias y, 2 Instituto de Ciencias del Mar y Limnologa, Universidad Nacional Autnoma de Mxico)? 1 、 水流流过球体后产生的旋涡 ：管中稳定的水流流过直径1厘米的球体时产生的周期性旋涡结构。激光照射出的流体形态显示，旋涡呈反向纤维状。实验时雷诺数的选取要将将使流体尾迹有周期性行为。本实验根据球体直径将雷诺数选为320，远小于湍流的临界雷诺数2000左右，但球体后方的尾流仍相当复杂。 图片提供：T. Leweke, M. Provansal, D. Ormires, and R. Lebescond (IRPHE, CNRS/Universits Aix-Marseille, France) 2 、 共轴射流附近的剪切不稳定性 ：共轴慢速圆射流和快速窄射流界面上产生的纵向和横向剪切不稳定性。下图的实验中两道射流的速度比选为3，雷诺数约为20000。由横向不稳定性产生的纵向旋涡可以有效地混合射流附近的流体。如进一步加大速度比，则出现类似不稳定尾流的振荡，不再表现为射流行为。 图片提供：E. Villermaux, H. Rehab, and E. J. Hopfinger (LEGI-CNRS, Institut de Mcanique de Grenoble, BP 53X, 38041 Grenoble Cedex, France) 3 、 低重力下的水膜球 ：在DC-9飞机模拟的低重力环境下观察到的水膜气球行为。水膜被针尖刺破后，表面向某一方向喷出飞沫，随后剩余部分会出现长久的振动。 图片提供：M. M. Weislogel 1 and S. Lichter 2 (NASA Lewis Research Center 1 , Northwestern University 2 ) 4 、 蓟花冠冕 ：将一滴染色的水滴滴到甘油层上得到的结果。水滴先是分为外环和内层两部分，随后表面张力使水层产生涡旋，波动又加强了张力梯度，产生图中所示的叶状外观（各图时间间隔约5秒）。 图片提供：E. Tan and S. T. Thoroddsen (University of Illinois at Urbana-Champaign) 5 、 湍流的色彩 ：该实验所采用的流体在不同温度下会呈现不同的色彩，因而颜色的变化就表现了湍流的热量传输过程，图样则与瞬时传输系数相关。图中展现的是在涡轮驱动的下行水流抵达固壁时的温度分布。 图片提供：D. R. Sabatino and T. J. Praisner (Lehigh University) 6 、 射流扰动形成的空穴 ：连续的水流射入水池中，导致池中出现充有空气的空穴。控制喷嘴处的阀门可以增强入射水流，这导致了鼓包的出现。照片中展现了鼓包在张力和引力作用下随时间演化的情况。实验中的雷诺数约为12300。 图片提供：Y. Zhu, H. N. Ogiz, and A. Prosperetti (The Johns Hopkins University) 7 、 涡旋的产生 ：涡旋可以通过抽动水流产生。下图两个涡旋分别由两端的盘状物旋转生成。染色的水流可以帮助人们理解湍流中涡丝的动力学行为。 图片提供：Philippe Petitjeans (Laboratoire de Physique et Mcanique des Milieus Htrognes, Ecole Suprieure de Physique te de Chimie Industrielles, Paris, France) 8 、 三维流体与固体的作用 ：使用微元法和欧拉-拉格朗日标记进行的三维流体模拟。流体流出后在引力作用下流向三条短堤围起的障碍物。模拟中表现了障碍物后方和周边区域的水波结构。 图片提供：Peter E. Raad and Razvan Bidoae (Southern Methodist University, Dallas, Texas) 9 、 微观流体的湍动 ：46微米厚的液晶层的流动。液晶夹在两块玻璃平板之间，两块玻璃板的内表面连以电极。当电场强度平缓增加时，液晶先是分成6束流（右上），再变为弱的湍流状态（左下）或是方格状对流元（右下），下侧两图中液晶的物理参数均处在混沌与湍流的过渡范围内。 图片提供：T. Peacock and T. Mullin (University of Manchester) 10 、 受迫固壁射流的双螺旋不稳定性 ：对平面固壁射流（Wall Jet）传输过程的分析。可视化采用了米（Mie）散射的方法。其中a、c两图为实验结果，d为实验装置介绍，b、e、f、g为计算机模拟结果。 图片提供：M. Visbal 1 , D. Gaitonde 1 , and S. Gogineni 2 ( 1 Air Force Research Laboratory, WrightPatterson AFB, 2 Innovative Scientific Solutions, Inc., Dayton, Ohio) 11 、 剪切层不稳定波与斜激波作用产生的声波 ：剪切层不稳定性与激波元的作用可以使超音速流产生噪音。下图是为了了解作用过程而构造的二维模型，由斜激波和超音速剪切层组成，剪切层中有不稳定的波动。图中黄色表示强压缩区域，红色为压缩区域，蓝色为膨胀区，灰色为音速区，绿色为涡度等高线。 图片提供：Ted A. Manning and Sanjiva K. Lele (Stanford University Department of Aeronautics and Astronautics, Stanford, California 94305-4035) 12 、 圆形振膜上水滴的雾化 ：1厘米直径的水滴在400毫秒的时间内被粉碎迅速。水滴表面的不稳定性引起了表面波，波峰喷射出更小的次级水滴，瓦解了原水滴，而原水滴与振膜的耦合会影响次级水滴的演化行为。 图片提供：Bojan Vukasinovic, Ari Glezer, and Marc K. Smith (Georgia Institute of Technology) 13 、 涡旋的不稳定并合 ：初始条件为两个共转的层流涡旋。当雷诺数增加至2000后，三维不稳定性使涡旋瓦解。下图上侧为并合前的情况，下侧为并合后，左侧为侧视图，右侧为附视图。 图片提供：P. Meunier and T. Leweke (CNRS/Universits Aix-Marseille, France) 14 、 负电雾化 ：室温下静电作用瓦解油滴的照片。充电由插入液体内的电极完成。停止通电后，静电作用导致了液体的雾化。 图片提供：Dimitris E. Nikitopoulos (Louisiana State University) and Arnold J. Kelly (CIC, Inc.) 15 、 涡旋射流旋转对称性的破坏 ：涡旋参数S是流体绕轴向与径向运动速度相对大小的度量。以下左图S取0.38，右图取0.49，可见轴向生成的不稳定结构。对于有涡旋存在的射流，不稳定性的成因与非涡旋流类似，但涡旋的存在放大了涡旋反方向的不稳定旋涡，却减小了涡旋方向的不稳定，而且还增大了轴向的不稳定形变。 图片提供：Thomas Loiseleux and Jean-Marc Chomaz, CNRS-Ecole polytechnique 16 、 粒子负载流的模拟 ：使用粒子模拟方法再现含有固体粒子的球形不可压缩流体在重力与粘滞力共同左右下的行为。图中红色代表流体，白色代表固体颗粒。其中上面三图考虑了初始的涡度，下面三图不计初始涡度。 图片提供：J. H. Walther (ETH Zrich), S.-S. Lee (Stanford) and P. Koumoutsakos (ETH Zrich and NASA Ames) 17 、 流体中的奇点 ：下图是甘油与水的混合液在垂直于表面且振幅接近临界值的正弦激发作用下，从表面波最低点的消失一直到向上运动的射流形成全过程的多次曝光照片。右侧的插图则是表面波瓦解的过程。由于瑞利不稳定性的存在，射流末端破裂成了液滴。 图片提供：by B. W. Zeff 1 , J. Fineberg 1,2 , and Daniel P. Lathrop 1 ( 1 University of Maryland, College Park, 2 Hebrew University of Jerusalem) 年度流体运动图片展的官方网站是： http://pof.aip.org/pof/gallery/ ，这项活动自从1985年来已经举办了20余届。 标签： 流体 , 艺术 转载原创文章请注明，转载自： 科学松鼠会 本文链接: http://songshuhui.net/archives/4090.html
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