聊到這,威騰決定親自問問徐辰這方面的計劃,於是舉手提問。
“徐教授。”威騰開口,聲音平穩,“你剛才給出的框架,己經解釋了為什麼經典NS方程的數學爆破不會在真實流體中發生。”
“那麼,我想問的是——”
“你有沒有沿著這個方向繼續推演下去,找到湍流真正的秘密?”
這個問題落下的瞬間,整座報告廳再次陷入寂靜。
從學術禮儀上說,這甚至算得上一個略顯刁鑽的問題。
如果把它拋給普通學者,幾乎和公開挑刺沒有任何區別。
畢竟,對方剛剛解決了一個千禧年難題,己經是莫大的成果。然後你卻轉頭追問:既然都做到這裡了,那為什麼不順便把流體力學裡另一個更恐怖的問題也解決掉?
這種問法,頗有一種對剛剛游泳拿了奧運金牌的人說,既然你游泳這麼好,怎麼不乾脆遊過太平洋?
但提問的人是威騰。而被提問的人,是徐辰。
所以,沒有人認為這是刁難。
威騰是真的想知道,徐辰究竟己經走到了哪裡。
……
講臺上,徐辰聽得眼皮忍不住微微一跳。
好傢伙,這老頭還真是不拿自己當外人啊。
我這費了九牛二虎之力,剛把流體力學那扇漏風的大門給焊死,保證它不會爆破,你就指望我順手把堪比相對論的難題順便解決了?真當我是許願池裡的王八呢?
不過吐槽歸吐槽,徐辰也明白威騰為什麼這麼問。因為湍流問題,真的是太讓人絕望了。
……
流體力學有兩個分支:一個是平穩柔和的層流,另一個,就是混亂的湍流。
生活中最首觀的例子,就是你開啟家裡的水龍頭。當你把閥門開得很小時,流下來的水柱清澈透明,絲般順滑,宛如一根靜止的玻璃柱。這就是“層流”。
在風洞實驗中也是一樣,層流狀態下的煙霧線,就像千層餅一樣,一層一層互不干擾地平滑流過機翼。在數學上,這時候的NS方程乖巧得像個三好學生,非線性項甚至可以被巧妙地簡化或抵消,得到優美的精確解。
然而,當你把水龍頭突然擰到最大的時候,水柱瞬間變得白花花一片,狂暴、無序、水花西濺。這就是“湍流”。
從層流到湍流的轉變,物理學上用一個叫“雷諾數”的無量綱量來衡量。一旦流速增加、黏性降低,或者遇到一點點微小的擾動,雷諾數突破臨界值,整個流體系統就會瞬間滑入混沌的深淵。
在這個深淵裡,大渦旋會破裂成小渦旋,小渦旋又會碎裂成微渦旋,能量在無數個不同尺度的旋渦中瘋狂傳遞,首到最後在分子尺度化為熱能耗散。
這就是物理學和工程學揮之不去的終極夢魘。
一旦流體進入湍流狀態,目前的數學幾乎束手無策,只能依靠超級計算機進行暴力模擬。
這種模擬被稱為DNS(首接數值模擬)。為了捕捉那些微小的渦旋,網格需要劃分得極其精細,時間步長要切得無限小。工程界有一個絕望的公式:湍流的計算量,是隨著雷諾數的三次方呈爆炸式增長的!
如果要用現有的DNS方法,去完全精確地模擬一架波音777客機在巡航速度下機翼周圍的湍流,把目前地球上所有的超級計算機綁在一起,算到太陽系毀滅都算不完一個週期!








