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肉眼看不見的氣體湍流照片
改寫自科學網
美國《探索Discover》雜誌報導，湍流(Turbulence)是一種自然存在的現象，只要有空氣就會有湍流發生。可是，雖然有些湍流很劇烈，但我們僅憑肉眼很難看到。在下列10張圖片中，讀者可以看到湍流這個不可見之物“現形”後的樣子。
1. 3D湍流
3D湍流（圖片來源：勞倫斯•柏克萊國家實驗室Lawrence Berkeley National Laboratory）
對於絕大多數人而言，湍流無疑是一個討厭的敵人，正是它讓飛行之旅出現“胃下沉時刻”。但對於研究人員來說，湍流卻是流動物質——包括所有液體和氣體，交互作用變得猛烈和混亂的關鍵點。
這是一張湍流的3D圖片。對於有關湍流的原始資料，我們很難將其理解為抽象數字以外的任何東西。為了便於人們對湍流有個直觀的印象，科學家使用輪廓線展示它們的形狀，例如我們在圖片中看到的紫色版本。
2. 切變速度
切變速度（圖片來源：明尼蘇達大學the University of Minnesota）
當不同密度的氣體以相對較高的速度移動時，就會形成羽翼豐滿的湍流。在這張圖片中，一種氣體的密度是另一種的2.5倍，在相對移動速度達到每小時380英里(約合每小時611公里)時，它們就會變成湍流。維吉尼亞理工學院機械工程學副教授達尼什•塔夫蒂(Danesh Tafti)說：“除了確定的移動速度外，所有氣體的流動性都變得不穩定，它們會起伏波動並形成湍流。”
3. 飄動的頭髮
飄動的頭髮（圖片來源：ANSYS公司）
很多開發類似洗髮香波的產品的公司都利用類比方式，觀察長髮及洗髮產品如何在氣流中飄動，以及如何與水、灰塵和其他因素發生反應。為了製造完美的風吹發效果，電腦類比所需要的時間絕對超出我們想像。
4. 擊球瞬間
擊球瞬間（圖片來源：ANSYS公司）
在空中飛行時，高爾夫球前部受到的壓力要遠遠高於後面，致使阻力加大並減少落地距離，這就是為什麼要在高爾夫球表面製造凹痕。凹痕能夠讓氣體湍流與球進行更親密接觸，進而產生可減少阻力和延長落地距離的氣體漩渦。
5. 混合的氣體
混合的氣體（圖片來源：明尼蘇達大學）
這些彩色漩渦展現的是兩種截然不同的氣體混合在一起時的模樣，上方氣體的密度是下方的3倍。在兩種氣體之間不穩定的分介面，最初的小規模擾動很快變得猛烈起來。這項測試有助於我們瞭解恒星內部的對流。
6. 磁場
恒星的磁場導致的湍流（圖片來源：勞倫斯•柏克萊國家實驗室）
在新恒星誕生過程中，湍流也扮演了至關重要的角色。在這種圖片中我們可以看到，氣體和其他物質在一顆新誕生的恒星周圍的一個圓盤中形成漩渦，但恒星的磁場導致湍流產生，將物質撞出圓盤並使其墜入中央位置。這張有關磁場湍流的模擬圖是由芝加哥大學創建的。
7. 三維地形
三維地形（圖片來源：勞倫斯•柏克萊國家實驗室）
即使是湍流現象中最為簡單的交互作用，電腦也需要數千小時進行分析和模擬。這張圖片來自一項耗時近120萬處理器小時的研究計畫，所有時間都用來研究湍流如何在3個維度消耗能量上。
8. 風的路徑
風的路徑（圖片來源：科羅拉多州立大學Colorado State University和ANSYS公司）
核電廠和化學工廠的冷卻塔會釋放有毒水滴，並被風帶走。在冷卻塔周圍的其他高層建築所在區域，這種空氣流動變得更加複雜，預示著哪些地方的有毒水滴不會被風輕易帶走。科羅拉多州立大學和ANSYS公司的研究人員創建了這副模擬圖，用以展示空氣流動的所有不同路徑。冷卻塔位於中央位置，就在顏色最為集中的區域附近。
9. 穿過汽車護柵
穿過汽車護柵（圖片來源：通用汽車公司General Motors）
在一個虛擬風洞內，空氣以大約每小時70英里(約合每小時112公里)的速度穿過2008出產的一輛輕巡洋艦Z06的護柵。湍流強度越大，汽車利用空氣動力學的程度就越低，但經過引擎罩下方時，湍流也會起到冷卻引擎的作用。
10. 流體湍流
流體湍流（圖片來源：勞倫斯•柏克萊國家實驗室）
這是一張展示流體湍流如何在3個維度流動的圖片。在解釋這一複雜的圖片時，就連創建它的研究人員都感到有些頭疼。目前，他們的高性能超級電腦仍在費力地勾勒像飛機湍流一樣簡單的流體湍流輪廓。令人欣慰的是，隨著電腦運行速度更快以及效率更高的軟體出現，我們有可能看到更為清晰的圖片，展示風如何吹、水如何從龍頭流出、流體在宇宙中移動和撞擊時會發生什麼。
Discover網站原文報導
Galleries / Turbulence: How to Visualize the Invisible
改寫自科學網
美國《探索Discover》雜誌報導，湍流(Turbulence)是一種自然存在的現象，只要有空氣就會有湍流發生。可是，雖然有些湍流很劇烈，但我們僅憑肉眼很難看到。在下列10張圖片中，讀者可以看到湍流這個不可見之物“現形”後的樣子。
1. 3D湍流
3D湍流（圖片來源：勞倫斯•柏克萊國家實驗室Lawrence Berkeley National Laboratory）
對於絕大多數人而言，湍流無疑是一個討厭的敵人，正是它讓飛行之旅出現“胃下沉時刻”。但對於研究人員來說，湍流卻是流動物質——包括所有液體和氣體，交互作用變得猛烈和混亂的關鍵點。
這是一張湍流的3D圖片。對於有關湍流的原始資料，我們很難將其理解為抽象數字以外的任何東西。為了便於人們對湍流有個直觀的印象，科學家使用輪廓線展示它們的形狀，例如我們在圖片中看到的紫色版本。
2. 切變速度
切變速度（圖片來源：明尼蘇達大學the University of Minnesota）
當不同密度的氣體以相對較高的速度移動時，就會形成羽翼豐滿的湍流。在這張圖片中，一種氣體的密度是另一種的2.5倍，在相對移動速度達到每小時380英里(約合每小時611公里)時，它們就會變成湍流。維吉尼亞理工學院機械工程學副教授達尼什•塔夫蒂(Danesh Tafti)說：“除了確定的移動速度外，所有氣體的流動性都變得不穩定，它們會起伏波動並形成湍流。”
3. 飄動的頭髮
飄動的頭髮（圖片來源：ANSYS公司）
很多開發類似洗髮香波的產品的公司都利用類比方式，觀察長髮及洗髮產品如何在氣流中飄動，以及如何與水、灰塵和其他因素發生反應。為了製造完美的風吹發效果，電腦類比所需要的時間絕對超出我們想像。
4. 擊球瞬間
擊球瞬間（圖片來源：ANSYS公司）
在空中飛行時，高爾夫球前部受到的壓力要遠遠高於後面，致使阻力加大並減少落地距離，這就是為什麼要在高爾夫球表面製造凹痕。凹痕能夠讓氣體湍流與球進行更親密接觸，進而產生可減少阻力和延長落地距離的氣體漩渦。
5. 混合的氣體
混合的氣體（圖片來源：明尼蘇達大學）
這些彩色漩渦展現的是兩種截然不同的氣體混合在一起時的模樣，上方氣體的密度是下方的3倍。在兩種氣體之間不穩定的分介面，最初的小規模擾動很快變得猛烈起來。這項測試有助於我們瞭解恒星內部的對流。
6. 磁場
恒星的磁場導致的湍流（圖片來源：勞倫斯•柏克萊國家實驗室）
在新恒星誕生過程中，湍流也扮演了至關重要的角色。在這種圖片中我們可以看到，氣體和其他物質在一顆新誕生的恒星周圍的一個圓盤中形成漩渦，但恒星的磁場導致湍流產生，將物質撞出圓盤並使其墜入中央位置。這張有關磁場湍流的模擬圖是由芝加哥大學創建的。
7. 三維地形
三維地形（圖片來源：勞倫斯•柏克萊國家實驗室）
即使是湍流現象中最為簡單的交互作用，電腦也需要數千小時進行分析和模擬。這張圖片來自一項耗時近120萬處理器小時的研究計畫，所有時間都用來研究湍流如何在3個維度消耗能量上。
8. 風的路徑
風的路徑（圖片來源：科羅拉多州立大學Colorado State University和ANSYS公司）
核電廠和化學工廠的冷卻塔會釋放有毒水滴，並被風帶走。在冷卻塔周圍的其他高層建築所在區域，這種空氣流動變得更加複雜，預示著哪些地方的有毒水滴不會被風輕易帶走。科羅拉多州立大學和ANSYS公司的研究人員創建了這副模擬圖，用以展示空氣流動的所有不同路徑。冷卻塔位於中央位置，就在顏色最為集中的區域附近。
9. 穿過汽車護柵
穿過汽車護柵（圖片來源：通用汽車公司General Motors）
在一個虛擬風洞內，空氣以大約每小時70英里(約合每小時112公里)的速度穿過2008出產的一輛輕巡洋艦Z06的護柵。湍流強度越大，汽車利用空氣動力學的程度就越低，但經過引擎罩下方時，湍流也會起到冷卻引擎的作用。
10. 流體湍流
流體湍流（圖片來源：勞倫斯•柏克萊國家實驗室）
這是一張展示流體湍流如何在3個維度流動的圖片。在解釋這一複雜的圖片時，就連創建它的研究人員都感到有些頭疼。目前，他們的高性能超級電腦仍在費力地勾勒像飛機湍流一樣簡單的流體湍流輪廓。令人欣慰的是，隨著電腦運行速度更快以及效率更高的軟體出現，我們有可能看到更為清晰的圖片，展示風如何吹、水如何從龍頭流出、流體在宇宙中移動和撞擊時會發生什麼。
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