泰勒提出湍涡的故事.pdf
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1、Wang Zhendong.Taylor presents the story of eddy.Mechanics in Engineering,2023,45(3):698-700茶力学史话力学纵横力第4 5 卷第3 期2023年6 月实践学泰勒提出瑞涡的故事王振东1)(天津大学,天津30 0 0 7 2)摘要根据历史文献说明英国剑桥大学泰勒教授1 9 1 5 年提出涡旋概念的历史。关键词泰勒,湍涡,湍流中图分类号:0 3文献标识码:Adoi:10.6052/1000-0879-22-411TAYLORPRESENTSTHESTORYOFEDDYWANG Zhendongl)(Tianjin
2、 University,Tianjin 300072,China)Abstractt The concept of vortex in turbulent flows was first proposed by professor Taylor of CambridgeUniversity in1915.KeywordsTaylor GI,eddy,turbulent flows力学大厦是由一块块砖头构建起来的,力学概念就是砖头。研究力学,首先要正确建立力学概念,并深刻理解概念。近来网络上出现了许多关于流体力学和端流研究的公众号(或订阅号、视频号),发布了一些流研究和有关流体力学计算(CFD)
3、的文章,都大量使用涡旋的概念。人们自然会问:涡旋概念在端流研究中是什么时候,由谁提出的?美国科学院院士、中国科学院外藉院士林家翘先生在与北京大学陈耀松教授交谈中指出“空气透明无色,唯独泰勒能看出里面有涡”。美国国家工程院院士,流体力学年鉴(A n n u a l R e v i e w o f Fl u i d M e c h a n i c s)原主编JohnLeaskLumley教授说,“在这个时代至少有4 位流体力学的巨人:美国的冯卡门,苏联的柯尔莫哥洛夫,英国的泰勒和中国的周培源,在流研究中作出了突出贡献”。冯卡门(1 8 8 1-05-11至1 9 6 3-0 5-0 6)和泰勒(1
4、 8 8 6-0 3-0 7 至1 9 7 5-06-27)者都出生在1 9 世纪8 0 年代,周培源(1 9 0 2-08-28至1 9 9 3-1 1-2 4)和柯尔莫哥洛夫(1 9 0 3-0 4-25至1 9 8 7-1 0-2 0)都出生在2 0 世纪初。本文将依据历史文献,说明英国流体力学家泰勒1 9 1 5 年在湍流研究中首先提出涡旋概念的经过。涡(eddy)是一个难以给出完善定义的概念,但在流研究的历史上又是一个很有用的概念。在较小的尺度上,很难辨认出各个涡,“小涡”的叫法仅仅是在短距离上是拟序的那些部分的运动。在大尺度上,常可以辨认出运动的特征,这种运动可称为“大涡”。(特里
5、顿著物理流体力学32 6-32 7 页)2 最早在流体力学中见到湍涡(eddy)这个名词,是英国剑桥大学泰勒教授的为大气中的涡运动(EddyMotion in the Atmosphere)一文(图1)3。他是在研究气象时提出“eddy”这一名词的,所以又叫风涡(wind eddy),他在与气体分子本文于2 0 2 2-0 7-1 5 收到。1)E-mail:引用格式:王振东.泰勒提出端涡的故事.力学与实践,2 0 2 3,4 5(3):6 9 8-7 0 0699王振东:泰勒提出瑞涡的故事第3 期运动类比的思路下,用“涡的运动”这一概念来分析大气的热传递、风速变化和稳定性,并给出相应的计算解
6、析式。认为“涡不仅传递热和水蒸汽,而且还传送动量,把原来所在那一层的量传递到另一层并与之混合”。根据这一设想提出了“涡导热性”(eddy conductivity)和“涡黏性”(eddyviscosity)两个物理量,所用的分析方法和推理与气体分子运动论类似。PHILOSOPHICALTRANSACTIONS.I.Exidy Motiou in theAmophere,Bu G LTaxton M Sehuster Brader in Duvaniod MedeorlognConniccitedby W.N,Susw,So.D.FR.S,Dirooton fthe MeeoroogicaOie
7、oedreApnit a,BondMay791t.Oex krowledie ot wind eldiea in tlie atmcaphere lue wn far heen cnifined to thieoleervatioms afmitourologistn mnd avinloneTherntimmutofellyiaotionincither inconprouaible car copproakitle fhuilh hy mcans of mnthematics las alwaysbeon nigandled as a problem of groat diliculty,
8、but this appearn to le koaneatentinn has chiefy boon diruoted to tho luhaviour of edidies ouneilorad as imndi-vidaal mather thuan to tho average einot of a colloation of odiisThe difinentebotween thene two aspects df the quostion resemblew the diference between theonilerationot thenction ofmaleculy
9、onmoleculoin the dyumical theoryofgasand the eonsidaration ce the avenge odict/om thepropertiesofagan,ofthemotionofitsmoleeuluTt hus been known for a long time thst the rotandiog effict of the surfiace ofthe ctrth on the yelocity of the wind must be dne,in ome way,to eddy motionbut apperintly no one
10、 has investiguted tho quewtiou of whether uny known typoof eliy motion in capable of produeing the dlistribution of wiod veloeity whiol banbuen obeerved by meteonologiuts,and Bo ealoulations have hean made to fiod outhow much oddy motiou is neenaary in order to acount for this dintribution Theprecan
11、t paper deals with the ffoet ota syaten of edlies on the velbeity of thewind and on the tormperature and hunidity of tho ntmonpbere In a future paperthe way in whieh thoy are produced aod their etability when formed wil beoonnideredn iwell known dhat wiod welodity,tomparatup,and humidity yary miudhm
12、org rapilly in a vertical than in any horianntal direation,and further that thevertiel componett uf wind velocity very smnl compared with tho horiegntalvelboity,It hian boen apsurmed,thurefomay that thn average coeditiom of ths airat any tine in oonstant for a given height,ovor an area which is larg
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