年度最佳流体运动作品(组图)

2010-02-03 22:17

美国国家地理网站刊登了一组图片，均是美国物理学会最近举行的年度流体运动作品展获奖作品。这些获奖照片和图片呈现的景象包括泛起涟漪的肥皂膜、畸形的气泡、油滴与酒精形成的倒置酒杯形状以及冯·卡门涡街现象。

1.肥皂膜上泛起涟漪

肥皂膜上泛起涟漪(图片提供：Teis Schnipper, DTU, via APS)

照片展示的是肥皂膜上泛起的涟漪，让人不免联想到手持风扇产生的气流。在美国物理学会(以下简称APS)最近举行的流体运动作品展上，这幅作品荣获年度最佳作品大奖。为了拍摄这幅照片，丹麦科技大学的一支小组在肥皂膜上方拍打一个金属薄片形成微风，让肥皂膜的流动呈现出“美丽的蝴蝶形状”。

每一年，APS流体动力学分部都会在年会期间举行流体运动作品展。APS网站称：“这场展览为人们呈现了计算性或者实验性研究过程中获得的令人吃惊的图片和视频，它们展示了奇妙的流体流动现象。”

基于艺术性、原创性以及传递信息的能力，评委会挑选会最杰出的参展作品。获胜者名单刊登在《流体物理学》杂志上。2009年11月22日至24日，这幅照片以及下面其它4幅获奖作品在明尼阿波利斯会议中心展出。

2.畸形的气泡

畸形的气泡(图片提供：Cavitation Lab, SPMS Nanyang Technological University, via APS)

APS评出的2009年年度最佳流体运动作品共有5幅，这幅由新加坡南洋理工大学拍摄的照片便是其中之一。图片中的气泡由于撞击彼此的邻居呈现出畸形，25个气泡是利用激光脉冲在流体中同时产生的。

在这种排列方式下，中部气泡内的气压与周围流体几乎相同，这就允许气泡在破裂前变得更大。但由于周围流体压力更大，外部气泡几乎立即破裂。这幅照片是在施加激光脉冲6微秒后拍摄的，拍摄时边缘气泡已经开始破裂，中部气泡也几乎达到所能达到的最大体积。

3.油滴与酒精形成的倒置“酒杯”

油滴与酒精形成的倒置“酒杯”(图片提供： R. R. La Foy, J. Belden, A. M. Shih, T. T. Truscott, & A. H. Techet via APS)

APS 2009年年度最佳流体运动作品之一。图片中，一个直径3毫米的油滴遭遇外用酒精，形成倒置的酒杯形状。这幅照片由麻省理工学院的一支小组拍摄，利用光线从两侧照射油滴形成我们现在看到的景象。

油和酒精让光线发生偏向的程度存在差异，因此油滴边缘显得更为明亮。由于油的密度高于外用酒精，油滴得以穿过酒精并在此过程中形成这种与众不同的形状。与此同时，油又可以在酒精中溶解，因此油滴会在下落过程中慢慢消失踪影。

4.冯·卡门涡街现象

冯·卡门涡街现象(图片提供：Jens Kasten Christoph Petz Ingrid Hotz Gilead Tadmor, Bernd R. Noack, Hans-Christian Hege via APS)

这幅两维电脑合成图片是APS 2009年年度最佳流体运动图片之一，所呈现的景象让人联想到从空中看到的河谷。实际上，它是一张图解，用来描述所谓的冯·卡门涡街现象。这种现象以匈牙利空气动力学家西奥多·冯·卡门涡街的名字命名。

当气流在一个物体周围流动时，冯·卡门涡街便会出现，气流会在物体后方分裂成一系列尾流和旋涡。图片中的这个物体是一个中空圆柱。这幅图片由柏林祖斯研究所、柏林理工学院以及东北大学的科学家制作。他们表示，蓝紫色区域是尾流相遇的地方，红色区域内的气流将随后分裂。

5.翼尖旋涡

翼尖旋涡(图片提供：Harris, Miller & Williamson via APS)

APS 2009年年度流体运动作品展获奖作品，以图片的方式展示现代飞行面临的其中一个风险——翼尖旋涡。飞行中，飞机的翼尖会形成一对以相反方向旋转的旋涡 ——循环气流形成的气阱，对飞机机翼施加向下的力。当飞机靠近地面时，这些最初的旋涡能够形成二次旋涡，对其它处于飞行状态的飞机构成潜在危胁。

目前，康纳尔大学的一支研究小组已经研发出一项新技术，能够让这些看不见的旋涡显现出来。具体是指利用一对扁平物模拟飞机机翼，在地面挖一个染料池，而后利用激光让气流旋涡发光。在这幅图片中，红色圆环代表最初的旋涡，萤光绿圆环则代表二次旋涡。图片下半部的映像是地面发生反射所致。