至少從 20 世紀 20 年代起，科學家們就對液體撞擊壁面時產生的湍流感到困惑。例如，當水猛烈地拍打泳池側壁或原油衝擊管道內部時會發生什麼？ 終於，研究人員發現了方程，這些方程描述了湍流液體層在遇到此類邊界時所表現出的複雜行為。
加州大學聖巴巴拉分校的數學家、這項新發現背後的團隊負責人比約恩·伯尼爾指出，邊界層湍流在自然界中非常常見。 他表示，他的團隊對這種現象的新理解可能具有廣泛的應用，例如製造汙染更少、燃油效率更高、阻力更小的汽車和飛機，或改進氣候、龍捲風和其他惡劣天氣的模型。 墨爾本大學的機械工程師約瑟夫·克萊維茨基說，這項新的研究“是一項有趣的工作”，他曾與伯尼爾合作，併為這篇論文提供了諮詢，但並未直接參與這些發現。“湍流是一個令人興奮且困難的領域。”
最近的結果建立在 20 世紀早期的發現之上。 當時，兩位研究人員點燃了人們對邊界層湍流的興趣：德國物理學家路德維希·普朗特，他被稱為“現代空氣動力學之父”，以及西奧多·馮·卡門，一位匈牙利裔美國工程師，被稱為“超音速飛行之父”，他們進行了風洞實驗。 伯尼爾說，他們的結果表明，流體可以被理解為在距邊界不同距離處有四層。
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其中四層之一是粘性層，它最靠近泳池側壁或管道壁。 緊隨其後的是緩衝層、慣性層，最後是尾流。 在最後一層中，水、油或其他流體足夠遠，以至於它不會強烈地感受到邊界。 因此，尾流表現出“接近均勻湍流”——如果我們根本沒有邊界就會看到的湍流，伯尼爾指出。
普朗特和馮·卡門還發現，慣性層的平均速度是對數函式，與距邊界的距離有關。 伯尼爾說：“在過去的 100 年裡，已經開發出各種用於不同層中流動的公式”，從該結果開始。 他和他的同事最近發表在Physical Review Research上的論文“將所有這些結果結合在一個單一理論中”。
伯尼爾指出，在研究流動的油或水時，平均速度描述了在給定時間內可以透過管道的流體量。 平均速度可以表示為距管道壁距離的函式，從而得出平均速度剖面。 加州理工學院的計算和數學工程師簡·貝伊說：“作者使用能量譜來預測平均速度剖面和湍流波動”，她專門研究壁湍流，但沒有參與伯尼爾的研究。 這篇論文“表明緩衝層和慣性層中不同的能量譜對於正確預測速度剖面至關重要。 它還為[阿爾伯特·艾倫]湯森的附著渦旋假說增加了分量，併為這個被廣泛接受的假說提供了一些定量背景。”
澳大利亞機械工程師湯森於 1976 年提出了附著渦旋假說。 伯尼爾說：“基本上，他說的是將能量從邊界帶入流動的物質是連續的或巢狀的渦旋。” 較小的渦旋將能量輸入到較大的渦旋中，而最大的渦旋“一直從邊界延伸到慣性層”。
伯尼爾說，普朗特和馮·卡門的所謂對數定律可以從附著渦旋假說中推匯出來，但湯森理論中缺少的一個關鍵部分是這種能量轉移和轉化的過程。 伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的另一個研究小組此前分享了對這種轉移背後過程的解釋。 但這項工作缺少一個關鍵組成部分——分離渦旋——而這在新結果中是存在的。
貝伊說：“該研究使用理論方法來觀察壁湍流（特別是高雷諾數）的湍流統計量（速度和波動）的普遍性”，這表明流動將更加湍流。 “從新的角度來看待這個問題很有趣。”
貝伊指出，在將新結果應用於解決伯尼爾提到的一些現實世界挑戰之前，需要填補某些資訊空白。 “地球大氣層是高度湍流邊界層的一個典型例子，”她說。 但貝伊表示，目前大多數實驗室實驗和計算機模擬都集中在雷諾數“比我們星球大氣層中看到的雷諾數低幾個數量級”的系統上。 貝伊說：“同樣重要的是要注意，大氣邊界層以及汽車和飛機上的流動通常包括更復雜的物理現象，例如壓力梯度效應、熱分層和科里奧利力（由地球自轉引起）。” 這些效應“在通用速度剖面中沒有考慮。”