科学家在实验室中产生逼真的风暴湍流

湍流是一种无所不在的现象，也是物理学的巨大奥秘之一。来自德国奥尔登堡大学的研究小组现已成功地在风能研究中心(ForWind)的风洞中产生了逼真的风暴湍流。

强风暴似乎常常造成随机破坏：一所房屋的屋顶瓦被吹走时，相邻财产可能根本没有受到破坏。导致这些差异的原因是阵阵风-或如物理学家所说，是局部湍流。它是由大规模的大气流产生的，但是到目前为止，还无法对其进行详尽的预测。

从奥尔登堡大学和Üniversite电里昂专家们现在已经铺平了道路，为研究小规模的动荡：由奥尔登堡物理学家约阿希姆Peinke教授领导的研究小组成功地创造了湍流在风隧道。流量类似于大风中发生的流量。研究人员在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上报告说，该团队找到了一种从风暴中切出一片的方法。Peinke说：“我们的实验发现使我们的风洞成为新一代此类设施的模型，例如，可以实际研究湍流对风力涡轮机的影响。”

表征流体湍流的最重要参数是所谓的雷诺数：该物理量描述了介质中动能与摩擦力的比率。简单来说，您可以说：雷诺数越大，流动越湍流。湍流的最大奥秘之一是它的统计数据：如果您以较小的尺度观看，极端事件(例如强，突然的阵风)会更频繁地发生。

未解决的方程式

湍流，风能和随机研究小组的负责人佩因克解释说：“在较小的尺度上，湍流的湍流变得更加严重。” 因此，在强风暴中(即当雷诺数较高时)，与飞机相比，苍蝇受到的气流条件更猛烈。造成这种情况的具体原因尚不为人所知：描述流体的物理方程尚未解决。这项任务是千年数学中最著名的问题之一，美国的克莱数学研究所为此提供了每一个一百万美元的解决方案。

在风能研究中心(ForWind)的大型风洞中，奥尔登堡团队现已成功地产生了比以往任何时候都更动荡的风况。与以前的实验相比，研究人员将雷诺数增加了一百倍，因此模拟的条件类似于真实风暴中遇到的条件。潘克说：“我们还没有看到上限。” “产生的动荡已经非常接近现实。”

风洞实验

奥尔登堡风洞有30米长的测试段。四个风扇可以产生高达每小时150公里的风速，相当于1级飓风。为了产生湍流，研究人员使用了所谓的主动栅格，该栅格是为大型奥尔登堡风洞中的特殊要求而开发的。该结构尺寸为三乘三米，位于风洞的起点，由近一千个小的菱形铝翼组成。金属板是可移动的。它们可以通过80个水平和垂直轴在两个方向上旋转。这使风研究人员可以在短时间内有选择地阻塞并重新打开风洞喷嘴的小区域，从而使空气涡旋。”

在实验中，研究小组以一种混乱的方式改变了网格的运动，类似于湍流中发生的情况。他们还不定期地改变了球迷的力量。因此，除了小规模的湍流之外，气流还沿风洞的纵向方向产生了较大的运动。合著者MichaelHölling博士解释说：“我们的主要发现是，风洞流将这两个成分组合成完美，逼真的风暴湍流。” 物理学家还主持了欧洲风能研究院(EAWE)的国际风洞测试委员会。风暴湍流出现在活动电网后10至20米处。

小规模的漩涡

“通过调整风洞的格栅和风扇，我们产生了约十到一百米的大尺度湍流。同时，自发出现了几米或更小的尺寸的小尺度湍流。但是，我们仍然不知道为什么。” 当他和他的同事报告，这种新方法能够缩减大气湍流相关的风力涡轮机，飞机或房屋在尺寸1米风洞。这将使研究人员将来可以使用小型化模型进行现实的实验-极端阵风的发生频率与真实风暴时一样。

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