纤维跟踪方法为湍流提供了重要的新见解

湍流是随机的、混乱的并且发生在许多尺度上，这使得它们很难测量

科学家们现在开发了一种新的和改进的测量湍流的方法，使用纤维而不是示踪粒子

该团队通过使用计算机模拟和实验室实验测试了他们的方法

研究人员使用不同长度的纤维来测量许多不同尺度的湍流

最短的纤维使团队能够测量能量耗散率，这是表征湍流所需的关键量

无论是心脏杂音和石油管道运输，还是颠簸的飞机和污染物的扩散，湍流在许多日常事件中都起着重要作用。但尽管司空见惯，科学家们仍然没有完全理解湍流中漩涡和涡流看似不可预测的行为。

现在，冲绳科学技术研究生院 (OIST) 的科学家与热那亚大学、瑞典斯德哥尔摩 KTH 和苏黎世联邦理工学院的科学家合作开发了一种测量湍流的新技术， 瑞士。通过使用纤维而不是粒子——通常的测量方法——研究人员可以获得湍流的更详细图片。他们的方法于 9 月 17 日发表在《物理评论 X》杂志上。

“湍流是一种非常独特和复杂的现象，它甚至被称为经典物理学中最后一个未解决的问题，”该研究的作者、OIST复杂流体和流动部门的博士后研究员 Stefano Olivieri 博士说。“很难预测，很难模拟，也很难衡量。”

出于多种原因，测量湍流对物理学家来说是一项紧迫的挑战。湍流的特征不仅在于其混乱和随机的性质，而且还同时发生在多个尺度上。在湍流中，流体的漩涡分解成规模越来越小的涡流，直到最终涡流变得如此小而粘稠，以至于流体的动能以热量的形式传递到环境中。

目前，测量湍流的最常用方法是跟踪添加到流体中的粒子(称为示踪剂)的运动。这些粒子很小，密度与流体相似，因此以与流动相同的速度和方向移动。

但是为了观察每个流体漩涡是如何运动的，仅仅观察一个粒子如何运动是不够的。物理学家需要能够确定相距特定距离的两个粒子如何相对于彼此移动。涡流越小，两个粒子的距离就越近，以表征涡流的运动。

更具有挑战性的是，湍流的定义特征之一是它的扩散性——湍流会随着时间的推移而散开，示踪剂也会散开，尤其是在开放流中，如洋流。在许多情况下，示踪剂可能会迅速分散得太远，无法测量涡流的行为。

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