基于材料失效的湍流力学理论

过去两个世纪以来，人们为解释湍流发生后流体流动的行为付出了巨大努力。尽管速度场中的扰动已被证明可以解释湍流转捩，但基于流体粒子所受力量的湍流为何发生的物理解释仍然难以捉摸。本工作提出一种新理论，试图将流体流动从层流到湍流的转捩解释为流体材料发生失效。在某种模糊相似的意义上，正如固体中一旦动量平衡超过材料承受能力便会发生断裂，在流体中，当流体微团获得足够的动能后，黏性力无法维持层流行为，并且当黏性键中存储的能量转移到流体动能时，流体微团获得一个推动。这一新模型以流体微团和作用在质量元上的力来描述，并使用众所周知的湍流流动作为例子检验该理论。该理论预测的流动剖面与平均流动剖面的实验观测相符，并给出了预测任意流动湍流发生的新方程。从不同的参考系看，流体发生失效的过程可视为 prevailing 湍流智慧的自然延续。