湍流仍然是物理学、应用数学和流体力学学科的一个主要研究领域,100多年来,且一直代表流体力学的前沿研究方向,这是由于如果湍流问题解决了,就会解决一大片研究领域的问题。湍流是在流体力学学科所有方面具有共性的重要课题。
1 b2 m& ?" C' _5 D4 T
8 ^7 [5 Q& D9 b比如,如果你是做超音速流动、飞行器设计、多相流动、传热、燃烧、叶轮机械、大气湍流、海洋湍流,天体物理,等方向的基础研究或技术研发的工作,对基本不可压缩流动的湍流还没有弄清楚,所做的基础或研发工作,有可能是不可靠的,仍有改进空间。如果把基本不可压缩流动的湍流的最新的更精确的研究成果(比如本文最后建议(2)里所讲的最新内容),应用和扩展到这些具体的领域,就会对研究课题得到更深刻的理解、能够更精确地改进设计和提高性能。
- g4 v( g# T: q. o湍流的研究方向分支及主要代表人物,目前想到的部分如下:2 V, D% f* c# V" K; V. R/ f8 q. g
1. 湍流的统计力学:Taylor, von Karman, Kolmogorov, Obukhov, Monin, Yaglom, Heisenburg, Weizsacker, Lin CC, Chandrasekhar, Onsager, Liepmann, Batchelor, Townsend, Kraichnan, OM Phillips, Orszag, U Frisch, Sreenivasan.7 V% `4 e# J$ B b3 g# V0 c
2. 湍流的非线性动力学:Landau, Hopf, Lorenz, Ruelle and Takens, Pomeau and Manneville, Feigenbaum, Smale, Eckhardt, G Haller.
" @1 h7 o: r7 [! C3. 湍流的结构测量:Prandtl, von Karman, Kovasznay, Klebanoff, Liepmann, Corrsin, Kline, Brown and Roshko, Cantwell, Willmarth, Narasimha, Blackwelder, Brodkey, Tiederman, Wygnanski, Adrian, Kachanov, Comte-Bellot, Nishioka, Antonia, Hussain, Alfredsson, Gad-El-Hak, Jovanovic, Smits, Marusic, Mullin, J Katz, J Eaton, F Durst, Kitoh, JC Vassilicos.1 b% R* R4 ? R9 d- R
4. 湍流的modelling:Boussinasq, Prandtl, von Karman, PY Chou, Leray, Launder and Spalding, Jones, Hanjalic, Menter, Orszag, Spalart, Rodi, Perry, Marusic.+ H$ w- {2 [; D, V6 W5 Z+ \# {) Q
5. 湍流的数值模拟:Richardson, Lumley, Smagorinsky, Lilly, Orszag, Kleiser, Jameson, M Gaster, Moin, Piomelli, MA Leschziner, John Kim, Moser, FT Smith, Trefethen, Jimenez, Meneveau, Henningson, SK Lele, C Bailly, WK George, Sirovich, Rist and Fasel, Durbin, Eckhardt, Kerswell, Orlandi, Pirozzoli, McKoen, Schlatter.
, J$ L4 c/ \/ n+ \/ G. n6. 流动稳定性理论:Rayleigh, Orr-Sommerfeld, Heisenburg, Tollmien, Schlichting, Landau, Lin CC, S Chandrasekhar, Stuart, A Davey, Orszag, Herbert, Reshotko, Saric.
; |2 B. k4 m' }/ J( T7. 湍流转捩研究:Reynolds, Dryden, Schubauer, Skramstad, Emmons, Klebanoff, Kovasznay, Patel, Tumin, Wygnanski, MV Morkovin, Saric, Reshotko, Mullin, Kachanov, Nishioka, Durst, Smits, Alfredsson, Johansson, JR Jovanovic, Hof.1 S9 \2 I1 a) b4 C2 Q+ a2 n* c) \
8. 旋涡动力学:Jean-Jacques Moreau, Saffman, Moffat, Perry, Pullin, Hussain.
& d3 t/ ?" h6 o- T" h% N9. Navier-Stokes equation: Leray, Ladyzhenskaya, Serrin, Scheffer, Caffarelli, Temam, Foias, Doering, Constantin, Fefferman, JD Gibbon, E Titi.
; s, \4 }4 T, @. m% }# e5 \10.Taylor-Couette 流动: GI Taylor, S Chandrasekhar, RJ Donnelly, D Coles, HL Swinney, R Tagg, CD Andereck, O Dauchot, Wereley and Lueptow, Lohse.) |2 h7 I7 P/ C% b. i2 P
11. 热对流湍流:Rayleigh, Bénard, Boussinasq, Sparrow, Busse, Swinney, SH Davis, Patterson, Lohse.
: D. m8 o; t, e, n& u12. 粘弹性湍流: Groisman and Steinberg, M Graham, McKinley, Tsinober, Kerswell.
1 I! n1 h$ X9 i# R# y13. 磁流体湍流:Hartmann, Chandrasekhar, Kraichnan, Moffat, Davidson, Tsinobar, Biskamp, Zikanov.+ L/ n' H% H6 B5 I# d
备注:其中 Rayleigh, Heisenburg, Landau, Chandrasekhar, Onsager为诺贝尔奖获得者(不是因为湍流研究获奖),他们都在湍流领域耕耘多年。Leray因NS方程弱解研究获得了1979年的沃尔夫数学奖;Kolmogorov 因数学统计理论(包括湍流)获得了1980年的沃尔夫数学奖;Ruelle因湍流混沌理论获得了2022年的www.52ocean.cn;Caffarelli因偏微分方程研究(包括NS方程部分强解)获得了2023年的挪威阿贝尔数学奖。另外,流体力学及湍流和统计力学相关的专家还获得了下列APS的奖项, Otto Laporte Award (1972-2003), Fluid Dynamics Prize (1979- ), Stanley Corrsin Award (2011- ), Lars Onsager Prize (1995- ), Leo P. Kadanoff Prize (2019- )。2 ^- ?' n* t4 L6 P- G
对湍流的突出贡献(Personal opinion):
- Q( h1 `5 j; _7 F顶尖大师:Prandtl, Taylor, von Karman, Kolmogorov, Liepmann: H8 m) q- n: J9 n5 a7 w9 n7 ~
天才级专家: Leray, Corrsin, Orszag
. c" }) r5 w, c( L E杰出贡献专家: S. J. Kline. U% I. e5 C/ b1 ?5 r9 r4 d
湍流贡献最突出大学: Gettinggen,Cambridge, CalTech, Stanford, JohnsHopkins, H2 k# t* @2 Y' A m
几点建议:
; H$ F T9 ?. o0 ~, k4 z2 h. H* r(1)作者在上面列出的清单,实际上就是给出了每一个研究方向的一个文献综述的提纲。这些牛人都是在此方向的奠基人。虽然1970's 年以后的50年,湍流继续取得了很大进展,但仍然没有跳出前人给出的框架,没有实质性的进展。+ C# V3 D' O8 w) e
(2)建议读文献,就要读牛人的文献,毕竟他们的文章影响大,总体来说,创新性高;另一方面,牛人的文章引领课题方向发展(注意:研究史上也有被带偏的情况)。对于普通作者的文章也要读,只是建议要快速browsing。不过,对于普通作者的研究工作,如果有重大创新和独创之处,特别是颠覆性的创新成果,还是建议不要放过,比如 Dou, H.-S., Origin of Turbulence-Energy Gradient Theory, 2022, Springer (www.52ocean.cn)。s://10.1007/978-981-19-0087-7, Z' V1 S# ~( O' Y6 D4 R( j
Dou (2021,2022) 基于能量梯度理论,依据NS方程,首次发现了一个光滑的流动演化出了NS方程的奇点(速度间断),并第一次从理论上精确地预测了湍流的产生,是由于这类奇点引起,与实验结果和DNS/LES模拟结果一致(burst)。这也是雷诺实验(1883)以后140年以来,唯一的一次,有人从理论上论证了(discovered)湍流是怎么产生的,这是一个从0到1的突破性的创新成果。从此,揭开了湍流的秘密,破解了世界百年难题 [1-3,4-10]。: i) G5 H3 F* o1 z3 C
(3)如果想要做出有世界影响力的成果,选择研究课题,就要选有创新性的课题,能够解决主要问题的课题,以前别人没有做过的内容。当然这样的选择,面对的挑战和困难是很多的,如果获得成功,就要付出天价的努力,而且短期内不一定能出成果。如果选择一个普通的问题去做,就会容易得多,出论文也快,但是,创新性小, 解决的问题意义也小。尽管你付出了聪明才智和努力,对科学的推进和社会的贡献也是微不足道的,更不用说在人类科学史上能留下什么记录了。
7 V' z @# O% U H( |% I7 e1 R参考文献
- B8 { h5 w' x3 m2 M$ s' V, z& ]# F8 _ \8 }9 e9 b0 m9 A7 T1 W# a
1. Dou, H.-S., Origin of Turbulence-Energy Gradient Theory, 2022, Springer. www.52ocean.cn (全书下载地址).
: y2 u& k% W5 B& ?" o2. Dou, H.-S., Singularity of Navier-Stokes equations leading to turbulence, Adv. Appl. Math. Mech., 13(3), 2021, 527-553. https://doi.org/10.4208/aamm.OA-2020-0063 ; https://arxiv.org/abs/1805.12053v10
; y- d) k0 G2 Q0 h' h4 C5 v. i; k# `9 A) R9 J9 H$ r
3. Dou, H.-S., No existence and smoothness of solution of the Navier-Stokes equation, Entropy, 2022, 24, 339. https://doi.org/10.3390/e24030339 # z7 V! t5 f( e! v
4.窦华书教授在纳维-斯托克斯方程问题上取得新进展,浙江理工大学官网新闻。& M. H9 v- r9 d0 z5 c1 W- k3 c
* g& u; p. V# T: O& kwww.52ocean.cn 或者 www.52ocean.cn
3 T; a" _( z0 H( \5. 窦华书,我是怎样创立能量梯度理论的?www.52ocean.cn9 r Z2 d- _% G( d& ^
2 X+ w; m3 \1 I5 V, I- [7 p! _
6.窦华书教授成功破解了百年湍流难题,中国教育日报网。http://chinaedutech.com/dfjy/2022/1117/1327.html 或者 & t/ U% w8 X: Y4 Q2 U) d. S4 K: g% f
/ U. L0 G- E' `6 A0 L
www.52ocean.cn. }% q1 @$ W) }' B: g
* b/ Q) R" l: x0 f! x7. 窦华书,湍流是怎样产生的? 最新研究进展!www.52ocean.cn 或 www.52ocean.cn3 Z" j' `/ Y8 X ^- _5 v
6 z+ u2 P; @, J' M6 |' f8. 窦华书,一个力学公理的建立揭开了湍流的秘密。 www.52ocean.cn 或 www.52ocean.cn" k% P+ z, B& L/ D
; g& p; }" d$ I5 [# x. j7 R
9. 窦华书: Navier-Stokes 方程可以描述湍流吗? www.52ocean.cn 或者 www.52ocean.cn
! i$ H! v' {! }. R, x1 X- d10. 窦华书:湍流研究有哪些成功的理论成果? www.52ocean.cn www.52ocean.cn " Y" f5 ~2 d J1 F3 B
' O! T2 C) Z: \" `1 S( ]
% d& b5 g2 F% D7 i8 B- I 4 a9 z" b- |; I' a$ w- H* P2 t' P( M2 P
2 v, T; \& q/ t+ B% r& U
转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自窦华书科学网博客。 |