渦環的案例
物理學家創造最強渦環公式！用空氣打破吉尼斯世界紀錄！看完跪了......
臉都被打腫了
而細心的模友可能已經發現，在超模君發的這些都是
高清無碼的動圖里，都出現了一個
若隱若現的煙霧環圈圈！
是的，你沒有看錯！之所以這炮打得這么猛，都是因為這流體力學的
渦流在搞怪！
什么是渦環
渦環（又稱渦旋），是指流體順著某個方向環繞直線或曲線軸的區域，它是由被擾動的流體，如液體、氣體、等離子體所形成的。就像這樣：
繞理想渦流環流
可以看到圓環中的流體在繞著軸進行旋轉，而且如果這個環的角向轉動越快，那么這個環就會變得越穩定
為了更方便讓大家理解渦環里面的角向轉動，超模君還邀請了兩位專業人士為你進行水底解讀！
水中渦環：泡沫環
你會看到，隨著渦環的上升，放入其中的小物體也隨著渦環快速旋轉，展示了渦環內部的流體流動的方向。
而更為神奇的是，這內部氣流旋轉極大增強了渦環的運動持久性。
就像旋轉的車輪減少了汽車與地面之間的摩擦一樣，渦環的渦流也減少了核心與周圍靜止流體之間的摩擦，從而使它能夠在不損失質量和動能的情況下保持尺寸或形狀，進行較長距離的運動。
因此，與流體射流相比，渦環可以較好的保持原狀，走得更遠。這也解釋了為什么煙圈停止吹散后，仍保持長時間運轉。
展開 難以想象？海豚吐的泡泡居然和原子彈的蘑菇云是一個原理？
這個圈圈在流體力學中被廣泛研究，其正式的名字被稱為渦環（vortex ring）。
泡沫環（bubble ring）是在水里的渦環，在環內充滿了空氣。當泡沫環在水里移動時，環內空氣與附近的水都會呈角向轉動（poloidal rotation），就好像當滾動一串柔軟的手鐲于手臂時，手鐲會呈平移運動與角向轉動一樣。泡沫環角向轉動越快，就會變得越穩定。
渦環中流體的流動方向示意圖。可以看到圓環中的流體在繞著軸進行旋轉，而且如果這個環的角向轉動越快，那么這個環就會變得越穩定
為了更方便讓大家理解渦環里面的角向轉動，可以看上圖，兩個人在泳池內產生了一個渦環。隨著渦環的上升，放入其中的小物體也隨著渦環快速旋轉，展示了渦環內部的流體流動的方向
渦環的存在十分地普遍，我們可以在很多地方都見到它們。
上圖直觀地展示了一個高速飛過的飛機，其產生的下降氣流也會導致渦環的產生
在很多展示實驗中有空氣 炮這個項目，實際上也是使用了類似的原理，拉動底部的彈性薄膜，釋放以后就會向外吹出空氣，這個吹出的空氣就會在空氣阻力的作用下形成穩定的渦環，傳遞十分遠的距離。上圖渦環帶動了可燃氣體，從而點燃以后形成了一個火焰環
BBC 紀錄片展示了一個渦環大炮。
展開 流體力學實驗還可以這么驚艷！
雙色渦環流碰撞實驗
Vortex ／渦旋了解一下
上圖：在空中的渦流環圖像；中圖：生活中的吐煙圈同樣是渦旋；下圖：渦旋環向右傳播，空氣分子從圓環內部旋轉起來
流體力學中，渦旋是指流體順著某個方向環繞直線或曲線軸的區域，它是由被擾動的流體，如液體、氣體、等離子體所形成的。生活中渦旋的例子有煙圈，鯨豚用鼻孔吐的氣環等。渦旋形成后可以移動、沿伸、扭曲，并且和其他的渦旋以復雜的方式相互作用。
單個理想的渦環繞流動圖
視頻中的渦旋，在水里的稱為渦環，環內充滿空氣，當渦環在水里移動時，環內空氣與附近的水都會呈角向轉動。渦環角向轉動越快，就會變得越穩定。
雙色渦環流碰撞實驗動圖
雙色渦環流碰撞實驗是由電腦控制圓柱體橡膠膜抽吸流體，從渦流炮中發射出環形渦流。這個實驗同時也是染料密度的測試，如果染料混合物的密度比水輕，渦流就會上升；如果染料比水濃，渦流就會下降。另外渦流炮的間距、噴嘴的形狀、橡膠膜片的張力、發射速度等變量都需要通過計算確定下來。
展開 某燈泡貫流式水輪機關鍵部件CFD分析
2.2.2導水機構中間錐形斷面流線
由工況①、②、③、④導葉壓力、吸力面渦核（如圖4）可知，4個工況下導葉壓力面漩渦基本沒有產生漩渦，而在導葉吸力面靠近進口處產生了漩渦，漩渦是從進口沿著導葉表面向導葉出口發展的，漩渦產生的原因即為前述的水流經過導葉發生沖擊，沖擊使得導葉的低壓區（即導葉吸力面）產生流動分離，水流出現脫流，進而產生漩渦。觀察兩導葉中間流道區域渦核，并未發現有漩渦的產生，即在此中間區域并未產生葉道渦。
圖4各工況導水機構中間錐形斷面流線
2.3葉片
2.3.1轉輪中間環形斷面流線
由圖5可知，工況①、②、③、④轉輪中間環形斷面流線走向是沿著被切翼型的，并未發現異常情況，且在兩葉片中間環形斷面沒有出現葉道渦。
圖5各工況轉輪中間環形斷面流線
2.3.2葉片渦核
由工況①、②、③、④轉輪區域渦核（如圖6）可看出，葉片在進、出口存在漩渦，葉片進口漩渦是由流過導葉的水流對葉片有沖擊造成的，葉片出口漩渦是由葉片出口尾流造成的；葉片根部轉輪體區域存在渦環，此渦環是水輪機中間部分的水流在向下游行進的過程中隨著轉輪體的旋轉而旋轉所形成的；工況①轉輪室區域存在較大的渦環，而工況②在葉片輪緣后有沿著輪緣方向呈螺旋狀的旋渦，工況③、④葉片輪緣后也存在少量沿輪緣方向的旋渦，工況①轉輪室的渦環和工況②、③、④葉片輪緣處的漩渦都是由葉片后存在圓周速度，造成了出口環量，導致了漩渦，并且漩渦強度隨著工況①、②、③、④葉片角度的依次增大而減小。
展開 
某燈泡貫流式水輪機關鍵部件CFD分析
2.2.2導水機構中間錐形斷面流線
由工況①、②、③、④導葉壓力、吸力面渦核（如圖4）可知，4個工況下導葉壓力面漩渦基本沒有產生漩渦，而在導葉吸力面靠近進口處產生了漩渦，漩渦是從進口沿著導葉表面向導葉出口發展的，漩渦產生的原因即為前述的水流經過導葉發生沖擊，沖擊使得導葉的低壓區（即導葉吸力面）產生流動分離，水流出現脫流，進而產生漩渦。觀察兩導葉中間流道區域渦核，并未發現有漩渦的產生，即在此中間區域并未產生葉道渦。
圖4各工況導水機構中間錐形斷面流線
2.3葉片
2.3.1轉輪中間環形斷面流線
由圖5可知，工況①、②、③、④轉輪中間環形斷面流線走向是沿著被切翼型的，并未發現異常情況，且在兩葉片中間環形斷面沒有出現葉道渦。
圖5各工況轉輪中間環形斷面流線
2.3.2葉片渦核
由工況①、②、③、④轉輪區域渦核（如圖6）可看出，葉片在進、出口存在漩渦，葉片進口漩渦是由流過導葉的水流對葉片有沖擊造成的，葉片出口漩渦是由葉片出口尾流造成的；葉片根部轉輪體區域存在渦環，此渦環是水輪機中間部分的水流在向下游行進的過程中隨著轉輪體的旋轉而旋轉所形成的；工況①轉輪室區域存在較大的渦環，而工況②在葉片輪緣后有沿著輪緣方向呈螺旋狀的旋渦，工況③、④葉片輪緣后也存在少量沿輪緣方向的旋渦，工況①轉輪室的渦環和工況②、③、④葉片輪緣處的漩渦都是由葉片后存在圓周速度，造成了出口環量，導致了漩渦，并且漩渦強度隨著工況①、②、③、④葉片角度的依次增大而減小。
展開 北京電影學院發了一篇滿是數學公式的計算機頂會論文，并開源了其代碼（轉載）
為此，我們用我們的數值算法在計算機中再現了如下場景，渦環相撞實驗。
兩個相對運動的渦環的實拍視頻，在碰撞后會不斷往直徑方向擴大并最終由于任何微小的擾動在邊緣處射出花瓣狀的小渦
這樣的現象以往的數值算法存在數值粘性就根本不可能重現出來
我們的算法成功地在計算機中再現了這個現象應該也是該領域第一次用高效的純歐拉網格算法完整地再現了這個過程
不知道有沒有細心的朋友注意到過這樣一種自然現象
這種現象被稱為開爾文-亥姆霍茲-瑞利-泰勒不穩定性(Kelvin–Helmholtz-Rayleigh-Taylor instability)，這種現象通常由于兩種不同密度的流體在交界面處由于擾動而產生的不穩定現象。
同樣，我們使用我們的算法對這個現象進行了近似的模擬。我們可以看到由于密度本身的對流會對整個流場產生影響，對比以往的數值算法，在同等分辨率下由于我們的算法對密度對流有著更準確的估計，因此我們也能更準確地模擬這種不穩定性帶來的渦結構。
作為展示這個算法在更通用的特效環境中的使用我們也增加了使用我們提出的新算法生成的爆炸、以及汽車漂移特效的案例
作者：
@ziyin@張心欣@高明@蔣陳凡夫@陳寶權
代碼Github地址：
https://link.zhihu.com/?target=https%3A//github.com/ziyinq/Bimocq
論文鏈接：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/72916159
來源：知乎專欄
作者：ziyin
展開 蒲公英的飛行方式暗藏新的流體力學秘密
風洞實驗表明，在蒲公英細絲正上方的空氣形成了“分離的渦環 (separated vortex ring)”。“過去從理論的角度考慮了渦旋的存在，但有人認為它在自然界中不太可能發生，”Viola解釋道。
來源：Nature
事實證明，渦流可由通過細絲的氣流穩定下來。當空氣圍繞每根細絲流動時，它也與其相鄰細絲的流動相互作用，從而產生所謂的“壁效應”。由于這種相互作用，通過細絲的流動顯著減少，這使蒲公英種子浮起。
一旦分離的渦旋穩定，它就增加了種子飛行的能力，因為它賦予種子向上的力。更重要的是，與降落傘形結構相比，蒲公英的傘狀毛束結構在保持相似質量種子位于空中的效率要高四倍。
研究人員推測，這種形式的旅行可以為微型空中無人機的設計提供信息，這些無人機不需要供電，可以監測空氣污染。
展開 歷經三個世紀的力學
普朗特指出，空氣的粘性作用，被局限在翼面附近一個薄薄的邊界層之內，由于邊界層中出現分離流造成了“繞翼旋流”，同時在起飛點留下了一個“起始渦旋”，機翼帶走的是一個相等反向的“隨翼渦旋” ，兩者之間則由“曳行渦旋”連接形成了閉合渦環，隨之就產生了升力。
這個直觀的理論，一舉解決了流體力學的危機，解釋了飛行的現實，又挽救了完美發展的理想流體力學。
新興力學
新興力學其實是兩門力學的總稱，這兩門力學就是描述微觀世界物質運動規律的量子力學，和描述宏觀世界或高速運動物質運動規律的相對論力學。
在形式上，它們和古典力學截然不同，但當兩者趨于常規狀態時，都自動向古典牛頓力學轉化，這就是由玻爾提出的有名的“對應準則”。
和古典力學相比，兩者都需要用遠較復雜的數學工具表達。量子力學用抽象的函數空間（希爾伯特空間）表述，相對論力學用抽象的幾何空間（黎曼空間）表述。
1.量子力學
量子力學時代，是從1903年普朗克為了解釋黑體輻射能譜在短波長區不遵守古典輻射規律，通過引進粒子性的能量子概念，從理論上獲得了正確的能譜而開始的。
年青的愛因斯坦立即接受了這個革命性的觀點，認為是物理的實質， 并通過對“光電效應只依賴于光頻，和光強無關”的理論分析，證實了“光子”的存在（后來康普頓實驗又一次證實了這點）。
而對于原子光譜，按照古典輻射理論，電子繞原子核作軌道運動，由于輻射損失能量，電子的軌道半徑不斷縮小，頻率增大，因此應該給出一個連續譜，而孤立譜線的出現，是不可理解的。
玻爾為了解釋原子結構的穩定性，引進了電子軌道的“量子化”條件。也就是使每一軌道相應于一定能級，只當電子從一軌道躍遷進另一較低能級的軌道時， 才發出輻射,，輻射的能量則為能級間由量子化條件決定的非連續性差值。但量子化條件本身缺乏理論依據，直到薛定諤波動方程建立以后，才得到了合理解釋。
展開 擠壓油膜阻尼器簡介
SFD基本結構如圖1所示，將滾動軸承的外環與軸承座間的過盈配合改為適當的間隙配合，并在滾動軸承外環過盈配裝一個套作為SFD的內環，用銷釘或鼠籠式彈性支承限制這一內環的轉動，在間隙中充滿滑油，軸頸渦動擠壓內外環之間的滑油，通過滑油的粘性阻尼，將動能轉化為內能，從而起到減振的作用。
圖1 SFD結構簡圖
圖2 多孔環SFD
圖3 彈性環式SFD
圖4 浮環式SFD
SFD有兩種基本形式，即所謂的同心型和非同心型。同心型結構有定心彈簧（一般為鼠籠彈性支承），轉子的重力假設可以被彈性支承初始恢復力所平衡，因此在分析轉子的動力特性時可略去重力的影響，且在大部分情況可假設轉子的穩態響應軌跡為圓。對于非同心型擠壓油膜阻尼器則必須考慮重力的影響（立式轉子除外），轉子的穩態響應軌跡也不能假設為同心圓，故分析起來要復雜得多。
SFD盡管具有明顯的減振效果，但如果設計不好或轉子系統的不平衡惡化，油膜力的非線性會大大增加，因而會導致許多有害的非線性響應，如轉子的非協調進動、雙穩態跳躍、和過不了臨界轉速“鎖死”等情況。為了克服上述不足，目前出現了多種改進型的SFD，如圖2~圖4分別所示的多孔環SFD、彈性環式SFD和浮環式SFD等，可以較大程度上避免由于SFD非線性因素帶來的危害響應。
（來源：天津大學 作者：高天）
展開 高溫合金材料及標準化發展規劃（轉自材易通）
該種高溫金主要用于高性能發動機的轉動部件，如渦和承力環件等；
（2）金屬間化合物用于制作各類先進運載工具動力推進系統的構件，減少自重、提高效能；
（3）ODS合金具有優良的高溫蠕變性能、高溫抗氧化性能、抗碳、硫腐蝕性能，可用于制造發動機關鍵部件，也可用于火力發電系統、煤氣化爐、工業燃氣輪機和工業鍋爐、玻璃制造、汽車柴油發動機、核反應堆等；
（4）高溫金屬基自潤滑材料主要用于生產高溫自潤滑軸承，主要用于替代含油軸承、鑲嵌式固體自潤滑軸承、雙金屬軸瓦及鑄硫鋼固體潤滑軸承（包括鑄鋼表面硫化處理軸承）在冶金設備上的應用，該高溫自潤滑軸承具有強度高、承載能力大、潤滑效果好、結構設計合理、噪音小、使用壽命長等優點。
展開 