郗恒东教授走进嘉祥公益大讲堂

作者:jianghanxu发表时间:2020-09-26 阅读次数:237

优促会特邀西北工业大学航空学院教授、2012年入选中组部“青年千人计划”的郗恒东先生走进公益大讲堂第十九期,在成都七中嘉祥外国语学校音乐厅为来自优促会会员学校的400余名师生进行了主题为《奇妙的流体力学》的讲座。西北工业大学动力与能源学院党委副书记沙治邦也受邀出席。

一杯咖啡和一颗高尔夫球

郗恒东教授一开始就谈到,大家早晨起来喝杯咖啡,为了好喝要在咖啡当中加入牛奶,如果让咖啡和牛奶自然地充分混合,可能要几天的时间,但大家一般都会用勺子进行搅拌,让咖啡和牛奶快速的充分混合,这就是一个典型的利用流体力学原理提升效率的例子。当然,真正的流体力学研究内容远比搅动咖啡要复杂,它会涉及到很多的力学原理和数学计算,而且从理论研究到实践应用需要大量的时间反复验算。在这一点上,所有的科学研究门类都几乎一致。

郗恒东教授说,还有很多现实的例子是和流体力学相关的,天上飞的飞机、地上跑的动车、水里航行的轮船,都在运用流体力学原理在不断改造升级。早在春秋时期的《韩非子》中记载:“墨子为木鸢,三年而成,飞一日而败”;与墨子同时的鲁班同样对飞翔产生了兴趣,“公输子削竹木以为鹊,成而飞之,三日不下(《墨子·鲁问》)。这些描述当中的木鸢就是现在风筝的雏形,而要实现飞上天的目的,流体力学的原理是必不可少的。

郗教授说,再比如不少人在遇见高尔夫球的时候都对它表面的凹洞产生好奇,部分人的第一感觉通常告诉他们没有凹洞球会飞的更远,高尔夫球上的凹洞或许是作为障碍存在的。也有一部分人询问朋友或者查找资料,知道其实凹洞是为了让高尔夫球飞的更远,但原理是什么可能并不了解。一颗高速飞行的高尔夫球,其前方会有一高压区。空气流经球的前缘再流到后方时会与球体分离。同时,球的后方会有一个紊流尾流区,在此区域气流起伏扰动,导致后方的压力较低。尾流的范围会影响阻力的大小。通常说来,尾流范围越小,球体后方的压力就越大,空气对球的阻力就越小。小凹坑可使空气形成一层紧贴球表面的薄薄的紊流边界层,使得平滑的气流顺着球形多往后走一些,从而减小尾流的范围。

   “洗衣机”中的大学问

    郗恒东教授谈到,流体力学当中其实还涉及很多的分支学科。当流速很小时,流体分层流动,互不混合,称为层流,也称为稳流或片流;逐渐增加流速,流体的流线开始出现波浪状的摆动,摆动的频率及振幅随流速的增加而增加,此种流况称为过渡流;当流速增加到很大时,流线不再清楚可辨,流场中有许多小漩涡,层流被破坏,相邻流层间不但有滑动,还有混合。这时的流体作不规则运动,有垂直于流管轴线方向的分速度产生,这种运动称为湍流,又称为乱流、扰流或紊流。每个分支学科都能对流体力学的整体研究产生巨大的影响。

郗教授主要的研究方向就是湍流,为了得到足够充分的实验数据,就需要组建湍流的模型。为此,他找到了两个涡轮装置,装在一个透明的桶里,上下各按反方向运转,外观上就像个“洗衣机”。再在外面安装高速摄像机和可以射入桶内的激光,一个湍流的模拟环境观察模型就完成了。郗教授谈到,通过这个模型,可以较好地通过观察示踪粒子在湍流的环境当中的运动轨迹,以得到的实验数据去尽可能地还原现实中的湍流,反复验证不断完善理论模型,去揭开一个个流体力学中的未解之谜。

   互动:学生“问倒”老师

   “我们无时无刻不生活在空气中,通过物理的学习知道空气有压强,但为什么我们没被压扁呢?”

   “超人的披风可以不依靠动力系统去克服重力自由飞行,未来可能制造出这样一件披风吗?”

   “高尔夫球的凹面是为了飞得更远,为什么飞机的表面不这么制作呢?”

    郗恒东教授的精彩讲座受到了在场师生们热烈的反响,同学们纷纷开启头脑风暴,积极举手向郗恒东教授提问,并进行了热烈的讨论。郗恒东教授甚至被同学们脑洞大开的问题“问倒”了。郗恒东教授表示,流体力学当中还有很多的谜题需要论证,目前的研究结论也不可能解决生活中所有的问题,而这些领域都是在座的青年同学们日后可以大力发挥的方向和平台,相信同学们本着“大胆猜想、小心论证”的态度,一定会学有所成、研有所获。

    讲座结束后,在场同学纷纷上台与郗恒东教授近距离沟通。其中两位同学也代表优促会向郗恒东教授和沙治邦书记献上了特别的礼物。郗恒东教授也表示,此行充分感受到了优促会会员学校同学的热情和聪慧,希望还有更多的机会,走进优促会公益大讲堂,再次跟同学们互动。

简介

四川省优质教育促进会公益大讲堂是面向成都市青少年免费开放的品牌活动。走进大讲堂分享的既有两院院士、学术专家,也有各领域关注教育支持教育的精英人士和社会贤达。

    郗恒东, 男,1977年9月出生,西北工业大学航空学院教授。2001年于西北大学获学士学位,2007年于香港中文大学获博士学位。2009年赴德国马克斯-普朗克动力学与自组织研究所进行博士后研究,2010年获选为德国“洪堡学者”。2012年入选中组部“青年千人计划” 回国。2012年12月至2014年8月任 哈尔滨工业大学深圳研究生院教授。2014年9月至今任西北工业大学航空学院教授。多年来从事热对流,湍流统计规律及高分子聚合物湍流减阻等 方面的实验研究。多篇论文发表在Physical Review Letters, Journal of Fluid Mechanics等流体物理国际顶级学术期刊上。发表在Journal of Fluid Mechanics上的一篇论文入选ESI高被引论文。


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