本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
幾個世紀以來，這種現象一直難以描述。今天的超級計算機尚不足以勝任對其進行詳細模擬的任務。偉大的物理學家理查德·費曼據報道稱其為“經典物理學中最重要的未解問題”。
究竟是什麼重大的難題會引起如此多的麻煩？答案出乎意料地平凡：湍流流體流動。當固體物體穿過空氣或水時，介面會變成一個混沌區域，充滿了幾乎無數的波動和渦流，因為周圍的介質會流過並環繞固體物體。
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據7月9日出版的Science雜誌上的一項研究表明，正是這些混沌流動及其產生的阻力佔飛機飛行期間消耗的噴氣燃料的一半，甚至在大型船舶和潛艇上的燃料使用中佔更高的比例。但是，以真實的細節對如此複雜的行為進行建模，對於今天的技術來說是一項過於艱鉅的任務。
研究報告的作者解釋說，飛機機身或船舷附近的湍流效應難以預測。“最重要的過程發生在非常靠近固體邊界的區域——在這個區域，準確的測量和模擬最具挑戰性，”澳大利亞墨爾本大學機械工程系的伊萬·馬魯西奇、羅曼·馬蒂斯和尼克·哈欽斯報告說。
這個澳大利亞研究小組已經開發出一種新模型，可以從遠離表面測得的大規模效應中預測這種精細的“近壁”湍流的一些特性。作者發現，流體流動的外部層面對近壁湍流具有雙重影響：外部湍流“超結構”既向壁面區域傳遞能量，又調節那裡的波動尺度。研究發現，這個包含這些效應的新模型與在風洞中一個27米平坦表面上的簡化實驗環境的結果非常吻合。
在Science雜誌的隨刊評論中，亞利桑那州立大學的羅納德·阿德里安指出，還需要進一步的工作來驗證該模型是否適用於所有介面，而不僅僅是簡化的風洞表面，以及它是否可以預測湍流的完整複雜性。如果像澳大利亞團隊開發的這種模型能夠使費曼的偉大問題更接近解決一步，工程師們或許能夠透過設計體驗更少阻力的表面來更好地考慮其影響。“預測這種行為的能力，”研究報告的作者寫道，“通常意味著控制的機會。”
圖片：© iStockphoto/sculpies