美国物理学会（APS）流体动力学会议2016年流体运动画廊获奖作品选登

每年，美国物理学会流体动力学分会都会在其年度会议上举办流体运动画廊，其目的是突显流体力学的艺术性和科学性。在2016年，共有数十幅作品被提交至画廊。在这些作品中，有一部分获得了米尔顿·范·戴克奖。这一奖项是以美国斯坦福大学的米尔顿·范·戴克的名字命名的，他是《流体力学年评》的创始人，1982年出版的《流体运动专辑》的编辑和出版人。

V0055号作品：

进餐、捕食、游泳：由海星幼体创造出的动态涡流阵列

作者单位/美国斯坦福大学

在长出那长长的、卷曲的触腕之前，海星的幼体是十分细小的，通过覆盖在其身体表面的像头发一样微小而又细长的纤毛在海洋中畅游。为了更多地了解这些新生海星在开阔水域中是如何进行机动和觅食的，来自美国斯坦福大学的研究人员在显微镜的载玻片下捕捉到了单个海星幼体，并拍摄了因其纤毛运动而产生的流型。为了更好地观察该流型的细节，研究团队在其周围的流

体中添加了微小的塑料颗粒，从而在延时拍摄中揭示出了这些小漩涡。进一步观察发现，纤毛相对拍打的区域（被称为逆转区域）会生成小漩涡，此举有助于从更远的地方吸入更大量的藻类。虽然这种运动有助于提高摄食效率，但是大量的漩涡也导致它们在海水中的速度变慢了。研究团队还观察到，海星幼体可以通过令其纤毛运动“换档”的方式来提高游泳速度，以逃避逼近的捕食者。

V0076号作品：

体会以水平对流的方式混合到一起。为了更好地理解在具有很高运动黏度的水中水平对流的流动特性和能量学，来自美国北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员在实验室环境中模拟了这种混合。研究团队用罗丹明给盐水染色，用荧光黄给淡水染色，以此对水的类型进行区分。染料清晰地显示出了淡水层向着盐水层的层流运动，在实验开始不久，淡水就以一种湍流的乱流形式向着水槽的底部沉了下去。荧光黄羽流的最终上涌表明，稳定的对流水流正在将这两种液体混合在一起。为了更好地识别出水槽中混合液體部分均匀的区域，研究团队使用了被称为双发射激光诱导荧光（DELIF）的技术。

P0030号作品：

大气流跨度的渐进式蒙特卡罗渲染

在强大的统计计算机建模技术的帮助下，来自瑞士苏黎世联邦理工学院、德国柏林楚泽研究所和马格德堡大学的研究人员，绘制出了一幅非常详细的、跨度极为广阔的地球大气流型模拟图。使用来自欧洲中期天气预报中心的气候数据，该团队绘制了一幅10000千米尺度（即全球尺度）的图形，该图形描绘了飓风、大尺度流型和其他一些湍流活动的空间湍流结构。许多气象现象，如雷暴的发展和地形对气流的影响发生在较小的尺度上。这些高分辨率的图像揭示了被较大的天气预测模型隐藏的尺度较小的气流的结构差异和模式。通过使用蒙特卡罗渲染，图形还显示出了在较长时间尺度（以天为单位）上才会发生的长期流动状态。

P0009号作品：

液体喷射雾化的计算模拟

气泡雾化常见于发胶瓶和喷雾器上的雾化器，有助于将液体打散成更精细的喷雾。为了能够理解液体雾化的复杂性，来自美国佐治亚理工学院、美国加州大学欧文分校和美国得克萨斯州理工大学的研究人员联手对被高密度同轴气流包围的液体射流的分裂进行了数值模拟，观察到了液体崩解的三种不同类型。较高的气体密度意味着被描述为“液体桥”的有序波瓣状结构的形成，它们通过桥状结构和对称孔连接液体射流的均匀褶皱。当液体射流的湍流强度较高时（雷诺数和韦伯数更高时），在对称孔和液体桥形成之后形成纽带状结构，然后形成小液滴。在湍流强度较小和气体密度较低时就不会形成孔或液体桥，而是在射流内产生不规则的皱纹和褶皱，形成更多的纽带状结构。

P0012号作品：

层积云的大涡模拟

你有没有想象过，用一把刀把云分解为水平层和垂直层？这似乎是一件异想天开的事，但美国航空航天局喷气推进实验室的研究人员用数值模尔·钟（澳大利亚墨尔本大学）拟了这一过程，以此描述不同层积云的形成以及相互之间的运动过程。向上移动到云层中间的，大多是由浮力驱动的对流，显示出其自身的蜂窝状结构。在接近大气边界层的最高水平层，“绘”满了花椰菜状的云顶。这个边界对最高层的湍流对流起着一个封盖的作用，通常来说，这是入射的太阳辐射被反射或吸收的区域，是估算地球能量交换的关键。

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