暴风雨的食谱：科学家在实验室中产生现实的风暴湍流

风洞中的有源网格可以搅拌空气流动以产生现实的风暴湍流。

湍流是一种无所不在的现象 - 以及物理学的伟大奥秘之一。来自奥伦堡的研究团队现在已经成功地在风能研究中心的风洞（Forwind）的风洞中产生了现实的风暴湍流。

强烈的风暴似乎留下了随机破坏：虽然一个房子的屋顶瓦片被吹走，但邻近的房产可能根本不会损坏。导致这些差异是风阵风 - 或者，物理学家说，局部湍流。它由大规模的大气流动而导致，但到目前为止，无法详细预测它是不可能预测的。

来自奥尔登堡大学和大学的专家现在已经为研究小规模湍流铺平了道路：由奥德斯堡物理学家领导的团队博士Joachim Peinke博士成功地在风洞中产生了湍流流动。流量类似于大Gales发生的流量。研究人员在日志物理审查信中报告了一支努力将切片从风暴中剪掉了一片。“我们的实验发现使我们的风隧道成为新一代这样的设施的模型，例如，可以真实地研究风力涡轮机对风力涡轮机的影响，”Peinke说。

表征流动湍流的最重要参数是所谓的雷诺数：该物理量描述了动能与介质中摩擦力的比率。简单来说，你可以说：雷诺数越大，流量越来越乱。最伟大的动荡奥斯秘之一是其统计数据：如果你看较小的尺度，更频繁地发生强硬，突然的风阵容，如强大的事件。

Joachim Peinke在风隧道的四个风扇前面。涡轮机可以产生每小时长达150公里的风速。

“流动的湍流漩涡在较小的尺度上变得更加严重，”佩内克解释道，他领导的研究组湍流，风能和随机。在强烈的风暴中 - 也就是说，当雷诺数高的时候 - 由于飞机而言，飞行受到大量齿轮流动条件的影响。对此的具体原因尚不清楚：当涉及到湍流时，描述流体的物理方程尚未解决。这项任务是着名数学问题之一的数学问题之一，谁的解决方案美国在美国粘土数学研究所占据了一百万美元。

在风能研究中心的大型风洞（Forwind）中，Oldenburg团队现在成功地成功地产生了比以往任何时候都产生的动荡。与以前的实验相比，研究人员增加了雷诺数百次，因此模拟了与真正风暴中遇到的那些类似的条件。“我们尚未看到上限，”培根说。“产生的湍流已经非常接近现实。”

几乎千颗菱形铝板可以在两个方向上转过80个驱动轴。

Oldenburg Turnnel有一个30米长的测试部分。四个风扇可以产生每小时最多150公里的风速，这对应于1类飓风。为了创造湍流气流，研究人员使用所谓的有源网格，这是为大型奥伦堡风隧道的特殊要求而开发的。该结构，三个尺寸为三米，位于风洞的开头，由近一千个小，钻石形铝翅膀组成。金属板是可移动的。它们可以通过80水平和垂直轴在两个方向上旋转。这允许风力研究人员在短时间内选择性地阻挡并重新打开风洞喷嘴的小区域，导致空气旋转。“随着活跃的电网 - 世界上最大的善良 - 我们可以在风洞中产生许多不同的动荡风场，”Lars Neuhaus解释一下，他也是团队成员，在这项研究中发挥了关键作用。

对于实验，该团队以混沌方式改变了网格的运动，类似于湍流气流中发生的条件。他们也改变了粉丝的力量不规则。因此，除了小规模的湍流之外，气流在风隧道的纵向方向上产生较大的运动。“我们的主要发现是，风洞流量将这两个部件结合成完美，现实的风暴湍流，”迈克尔霍威尔博士博士解释说。物理学家还将欧洲风能（EAWE）的国际风洞检测委员会主持。这种暴雨湍流在有源网格后面出现了10至20米。

旋转

“通过调节风洞的栅格和风扇，我们已经产生了大约十到一百米的大规模湍流。同时，小型湍流，尺寸为几米，较少的自发出现。然而，我们仍然不知道为什么，“Hölling解释道。正如他和他的同事报告，这种新方法使得可以扩展与风力涡轮机，飞机或房屋相关的大气湍流，以在风洞中为一米的尺寸。这将允许研究人员在未来与小型化模型进行现实实验 - 其中极端阵风在真正的风暴中经常发生。

参考：“在风隧道中使用前所未有的大型雷诺数的大气湍流”由Lars Neuhaus，MichaelHölling，Wouter J.T. BOS和Joachim Peinke，10月9日2020年，物理评论Letters.Doi：
10.1103 / physrevlett.125.154503

资金：联邦德国经济事务和能源部，德国研究基金会下萨克森州科学与文化部。