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刘沛清专栏||《天问》与《问湍流》之比拟

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《天问》与《问湍流》之比拟

北京航空航天大学 刘沛清教授


仿照《天问》白话译文,比拟对流体力学中最复杂的湍流现象提出了187 个问题. 结合《天问》各句的特点,以湍流形成与发展、湍涡的分裂与破碎、湍流的耗散与衰变等为背景,以排比句的形式对湍流对等提出问题,以形象思维的手法阐述了对湍流的科学思考. 其中有的问题已经清楚,有的问题尚在探索中。


注:本文摘自《力学与实践》2016年第38卷。本文经过作者授权得以在计算流体力学公众号上发表


天问


飞机尾迹湍流


天问                   湍流   

请问远古开始之时,请问万般静谧之时,

谁将大道流传导引?湍流通过什么导引生成?

天地尚未成形之前,大涡结构出现之前,

又从哪里得以产生?又从哪里得以产生?

明暗不分浑沌一片,大小涡系混为一体,

谁能探究根本原因?谁能探究根本原因?

迷迷蒙蒙这种现象,形形色色不同的湍涡,

怎么识别将它认清?如何识别区分他们?

白天光明夜晚黑暗,时而大涡、时而小涡,

究竟它是为何而然?究竟为了哪般?

阴阳参合而生宇宙,大小涡体形成湍流,

哪是本体哪是演变?哪是本体哪是演变?

天的体制传为九重,湍流涡体尺度多变,

有谁曾去环绕量度?有谁能够说的清楚?

这是多么大的工程,如此复杂的流体运动,

是谁开始把它建筑?到底是谁认识在先?

天体轴绳系在哪里?涡系轴心位于何处,

天极不动设在哪里?轴心区域还是湍流?

八柱撑天对着何方?大涡结构如何运动,

东南为何缺损不齐?不同方向为何异性?

平面上的九天边际,湍流边界如何区分,

抵达何处联属何方?何处是头何处是尾?

边边相交隅角很多,交接边界复杂多变,

又有谁能知其数量?又有谁能说得清楚?

天在哪里与地交会?交接边界如何形成,

黄道怎样十二等分?何是大涡何是小涡?

日月天体如何连属?大小涡体如何连系,

众星在天如何置陈?不同尺度涡体如何布置?

太阳是从旸谷出来。湍流产生于时均流动,

止宿则在蒙汜之地。而耗散于小尺度涡。

打从天亮直到天黑,湍流质点运动复杂,

所走之路究竟几里?何人知道怎样表征?

月亮有着什么德行,大涡有何特殊技能,

竟能死了又重生?  时而消失时而复出?

月中黑点那是何物,大涡中含有小涡,

是否兔子腹中藏身?小涡如何得以生存?

神女女岐没有配偶,大涡结构并非成对,

为何能够产下九子?为何能够撕裂破碎?

伯强之神居于何处?强涡结构从何而来,

天地瑞气又在哪里?怎样延伸怎样变短?

天门关闭为何天黑?湍涡消失湍流停止,

天门开启为何天亮?超过临界为何再生?

东方角宿还没放光,扰动尚未放大发展,

太阳又在哪里匿藏?湍涡又在何处藏身?

鲧既不能胜任治水,大涡既然不能自我维持,

众人为何将他推举?为何还要保留他们?

都说没有什么担忧,都说大涡控制流动,

为何不让试着做去?为何模拟时常不准?

鸱龟相助或曳或衔,小涡与大涡作用多样,

鲧有什么神圣德行?大涡行为如何保持?

治理川谷也见功劳,大涡供给小涡能量,

尧帝为何对他施刑?为何还要被卷散撕裂?

将鲧长久禁闭羽山,大涡既有拟序结构,

为何三年还不放他?为何不能准确预测?

大禹从鲧腹中生出,大涡产生小涡,    

治水方法怎样变化?小涡因何发生变故?

接手先人未竟事业,小涡接受大涡能量,

终使父亲遗志成功。依次传给更小涡体?

为何继承前任遗绪,大涡分裂成小涡,

他的谋略却不相同?为何演变性质不同?

洪水如渊深不见底,小尺度涡体到处都在,

怎样才能将它填塞?怎么才能计量清楚?

天下土地肥瘠九等,湍流涡体尺度不同,

怎样才能划分明白?怎样划分才算结束?

应龙如何以尾画地?大涡演变何处结束,

河海如何流通顺利?不同涡系如何相处?

鲧是什么使他意乱?大涡如何撕裂破碎,

禹是什么使他事成?又是如何生成拟序结构?

水神共工勃然大怒,大涡突变被迫撕裂,

东南大地为何侧倾?湍流特性如何演变?

九州大地如何安置?涡体结构如何布置,

河流山谷怎样疏浚?拟序结构如何形成?

东流之水总不满溢,湍涡总是撕裂破碎,

谁知这是什么原因?谁知这是什么原因?

东西南北四方土地,湍流边界复杂多变,

哪边更长哪边更多?哪边更长哪边更短?

南北顺量比较狭长,纵涡结构比较细长,

长出地方又有几何?如何生成如何结束。

昆仑山上玄圃仙境,圆管湍流轴心区,

它的尾部又在哪里?是否趋于各向同性?

山中还有增城九重,壁面近区的大涡结构,

它的高度又有几里?不知分布有多高?

昆仑山的四面门户,湍流区的各种涡系,

什么人物由此出入?不知什么涡起控制作用?

西北两面大门敞开,上游来流湍流结构,

什么气息通过此处?如何通过下游区域?

太阳光辉哪儿不到?大涡结构波及何处,

烛龙又能照耀何方?小涡又能影响何方?

羲和还没御日出行,来流扰动尚未到达,

若木之花为何放光?下游流动如何演变?

什么地方冬日长暖?什么地方出大涡,

什么地方夏日长寒?什么地方出小涡?

哪儿又有岩石成林?哪儿涡体变化不一,

什么野兽会发人言?哪里涡体会发声音?

哪儿有着独角虬龙,什么尺寸的涡体,

以熊为妇游牝从容?与下游涡体融合延续更长

雄的虺蛇九个头颅,大涡结构形态各异,

来去迅捷生在何处?演变规律是否一样?

不死之国哪里可找?小涡结构分布何处,

长寿之人持何神术?消散缓慢是何道理?

萍草蔓延根茎盘错,各种涡系盘根错结,

枲麻长在哪儿开花?大涡演变何处是头?

一条长蛇吞下大象,大涡套小涡如此下去,

它的身子又有多大?可套多少小涡?

黑水之地玄趾之民,不同尺寸涡系复杂,

还有三危都在哪里?他们各自从何而来?

延年益寿得以不死,脉动信号持续延绵,

生命久长几时终止?不知强弱与周期?

奇形鲮鱼生于何方?发卡涡体起源何处,

怪鸟魁堆长在哪里?湍斑结构如何形成?

后羿怎样射下九日?大涡分裂成小涡,

日中之乌如何解体?不知如何演变发展?

大禹尽力成其圣功,时均流动提供能量,

降临省视天下四方。服膺各级湍涡结构?

哪儿得来涂山之女,强涡结构从何而来,

与她结合就在台桑?与弱涡结合如何演变?

爱涂山女与之匹配,两涡发生卷绕作用,

得到继嗣儿子出生. 得以生成更大涡体?

为何嗜欲与人同味,为何两涡特征相当,

求欢饱享一朝之情?融合一体更为容易?

启代伯益作了国君,好不容易生成大涡,

终究还是遇上灾祸。但最终还得分裂破碎?

为何启会遭此忧患,为何大涡不能延续,

身受拘囚又能逃脱?是否破裂不可避免?

都是勤谨鞠躬尽瘁,小涡结构寿命最长,

没有损害他们自身。但最终还是被粘性消散?

为何伯益福祚终结,为何大涡繁衍不长,

禹的后嗣繁荣昌盛?小涡反而延续长远?

夏启做梦上天作客,大涡吸收时均能量,

得到九辩九歌乐曲. 得以养活后代小涡?

为何贤子竟伤母命,小涡从大涡中提取能量,

使她支解满地尸骨?为何还要将她解体?

帝尧派遣夷羿降临,拟序结构出现流场,

消除忧患安慰夏民. 控制主体免生无序?

为何箭射那个河伯,?如果大涡发生破裂,

夺取他的妻子洛嫔? 小涡消散是否更快?

持着宝弓套着扳指,从不同方向剪切大涡,

把那巨大野猪射死。分裂破碎瞬间完成?

为何献上蒸祭肥肉,大涡将能量供出,

天帝心中并不舒适? 为何还不能得到安宁?

寒浞要娶纯狐氏女,如果两涡发生融合,

羿妻合伙把羿谋杀。谁是主导谁是附属?

为何羿能射穿皮革,为何大涡拥有大的能量,

其妻与浞能消灭他? 怎么还能分裂?

西行之路遇阻受困,在纵涡结构中,

山岩重重怎么越过? 横向涡如何通过?

鲧的身子化为黄熊,大涡分裂破碎后,

巫师如何使他复活? 还能有办法复现吗?

地上都已播种黑黍,不同区域的湍涡,

芦苇水滩也已经营。其结构特征为何不同?

为何遭逐同于四凶,为何大涡非要破碎,

难道鲧真恶贯满盈? 难道没有补救措施?

白虹披身作为衣饰,大涡既具有拟序结构,

为何常仪这么堂皇? 为何小涡不能忽略?

哪儿得到不死之药,拟序结构规律普遍,

却又不能长久保藏? 大涡为何不能长久?

天的法式有纵有横,湍流场涡系纵横,

阳气离散就会死亡。涡系消失必然平静?

大鸟金乌多么肥壮,大涡结构如此强壮,

为何竟会体解命丧? 为何会被解体分裂?

雨师屏翳号呼下雨,扰动可以激发湍涡,

他怎样使雨势兴盛? 但对涡的演变有何作用?

有着驯良柔顺体质,湍涡体形变化柔顺,

鹿身风神如何响应? 如何演变控制流场?

巨鳌背负神山舞动,大涡背负小涡演变,

神山怎样稳定不移? 小涡如何自身繁衍?

舍弃舟船行走陆地,如果不能分离破碎,

龙伯巨人怎样迁徙? 大涡结构如何发展?

想那浇在家居之时,想那流场中的湍涡,

对他嫂嫂有何要求? 对邻边大涡有何要求?

为何少康驱赶猎犬,为何剪切作用停止,

遇浇就能将他斩首? 涡系演变必然衰减?

女艾借着缝补衣服,大涡借助剪切作用,

与浇同住一个房间。可以相互诱导影响?

为何少康取浇首级,为何剪切撕裂大涡,

浇虽力大仍然遇难? 大涡却无法抗衡?

少康策划整顿部下,剪切作用可提供能量,

他是如何厚待众人? 他是如何为小涡服务?

讨伐斟寻倾覆其船,大涡被破碎成小涡,

他用什么方法取胜? 依靠何种机理实现?

夏桀出兵讨伐蒙山,涡系演变影响流场,

所得之物又是什么? 最终达到何种程度?

妺喜怎样恣肆?大涡怎么演变发展,

商汤怎样将桀诛杀? 剪切如何将它分裂?

舜在家里非常仁孝,拟序涡既可以控制,

父亲为何让他独身? 为何不能保持下去?

尧不告诉舜父瞽瞍,时均流不输出能量,

二妃如何与舜成亲? 大涡如何生息繁衍?

起初刚有淫奢萌芽,扰动起初刚有发展,

怎么就能预料结局? 怎么能够预报未来?

纣王建造十层玉台,湍流涡系复杂多变,

谁使他到如此地步? 谁知何时分解结束?

承受天命登位称帝,拟序涡系控制湍流,

什么道理受人敬仰? 什么规律占为主导?

女娲有着特殊形体,大涡体有着特殊形体,

是谁将她造成这样? 为何使其成为这样?

舜帝友爱他的弟弟,大涡向小涡提供能量,

弟弟还是对他加害。小涡如何对待大涡?

为何放肆如同猪狗?涡系演变混乱无序,

其身并不危险失败? 其形并不复杂难辨?

吴国得以长久存在,大涡不断交替出现,

江南山川民众栖止。小涡才能得以繁衍?

谁能想到此中缘故,谁能想到大涡的破碎,

全因得到两个男子? 因是剪切作用的结果?

饰鹄饰玉铜鼎调羹,通过各种剪切作用,

美食拿来献飨君王。时均流能量供给大涡?

为何承用伊尹之谋,为何通过涡串级,

汤能伐桀使他灭亡? 大涡能分解成小尺度涡?

商汤降临巡视四方,大涡出现影响四方,

在外遇到贤臣伊尹。使流场出现剪切行为。

为何桀在鸣条受罚,为何大涡只有分裂破碎,

黎民百姓十分高兴? 小涡才得以生息繁衍?

简狄住在瑶台之上,大涡依靠时均流动,

帝喾怎会对她中意? 小涡如何可以感受?

玄鸟高飞送来聘礼,时均流能量传给大涡,

简狄为何那么欢喜? 小涡如何获得?

王亥秉承王季之德,小涡秉承大涡行为,

受到他的父亲褒奖。将能量传递下去。

为何终遭有易之难,为何大涡遭遇分裂,

当他在此放牧牛羊?总是生成小尺涡体?

王亥持盾跳起武舞,大涡受强剪切作用,

为何就有女子爱他?为何就能加剧分裂?

有易女子体态丰腴,大涡结构体态凸显,

为何王亥能够配她?为何小涡绕其周围?

有易国的放牧小子,湍流中的大涡结构,

又在哪里撞破私情?在何处分裂破碎?

凶器击床王亥已出,大涡分裂小涡出现,

如何得以保存性命?如何保持大涡特性?

王恒秉承王季之德,大涡秉承拟序结构,

哪里得到大牛满栏?怎么可能分裂小涡?

为何去求有易赐禄,为何借助时均剪切,

却不能够安然回返?大涡仍能存在其中?

上甲微能追随祖迹,湍涡破裂持续发展,

有易国就不得安宁。剪切作用就不能停止。

为何众鸟集于树丛,为何各尺度涡集于一体,

他会与其子妇偷情?相互作用永无休止?

弟弟昏乱共为,小涡运动随机无序,

因此危害他的兄长。将会殃及大涡发展。

为何善变狡诈多端,为何涡体运动越剧烈?

他的后代反而盛昌?其演变周期越短?

成汤出巡东方之地,湍涡所到之处,

到达有莘氏的国土。将会激起周围质点的脉动。

为何求得小臣伊尹,为何既于同向涡作用,

还能再得妃子贤淑?又与异向涡作用?

水边那株空桑木上,分布流场中的涡系,

拾到那个小儿伊尹。如何知道主控涡体?

为何又会产生恶感,大涡遭遇何等作用,

把他作为陪嫁礼品?随时可能被卷散撕裂?

汤从囚地重泉出来,大涡撕裂破碎,

究竟他有什么大罪?究竟需要什么条件?

难忍耻辱起而伐桀,分裂不成波动更大,

是谁挑起这场是非?是什么机制引起变化?

诸侯前来朝会请盟,大涡出现流场之中,

为何都能守约如期?为何形成拟序结构?

苍鹰威武成群高飞,小尺度涡体层出不穷,

谁使它们聚在一起?是靠什么机制得以维持?

整顿队伍攻击商纣,小涡结构趋于各向同性,

周公姬旦却不同意. 为何不让生成大涡?

为何亲自为武王谋,时均流动生成大涡,

奠定周朝又发叹息?周期特性并不明显?

天将天下授予殷商,湍流发展授予大涡,

纣的王位如何施设?大涡作用如何表征?

成功之道违反则亡,拟序涡体随时可变,

他的罪过又是什么?她的消失又为哪般?

诸侯踊跃拿起武器,各种扰动剧烈增强,

武王如何动员他们?流场为何助长他们?

军队并进击敌两翼,扰动聚集形成湍斑,

他又如何指挥大兵?扰动如何继续发展?

昭王盛治兵车出游,扰动借助流场演变,

到达南方远地才止。形成无序是其终极。

最后得到什么好处,扰动到底为了什么,

难道只是遇见白雉?难道只是为了见到小涡?

穆王御马巧施鞭策,扰动依据何等机制,

为何他要周游四方?为何要殃及四方?

他的足迹环绕天下,扰动如此波及四周,

有些什么要求愿望?什么是其终极目标?

妖人夫妇牵引叫卖,不同涡系相互卷绕,

为何他们呼号街市?不知依据何种机制?

幽王究竟杀的是谁?剪切作用如何撕裂大涡,

哪里得来这个褒姒?怎么鉴别分裂的涡系?

天命从来反覆无常,湍流从来反复无常,

何者受惩何者得佑?演变规律实难掌握?

齐国桓公九合诸侯,大涡周边绕着小涡,

最终受困身死尸朽。为何还能撕裂分解?

那个殷商纣王自身,对于某些扰动,

是谁使他狂暴昏乱?为何能够演变无序?

为何厌恶忠良辅佐,为何不能依序发展,

喜欢听信小人谗谄?受扰反能加剧混乱?

比干有何悖逆之处,大涡有何悖逆之处,

为何对他贬抑打击?为何非要将它撕裂?

雷开惯于阿谀奉承,小涡随机特性加剧,

为何给他赏赐封地?为何还要给他提供能量?

为何圣人品德相同,为何大小涡系特征相似,

处事方法最终相异?作用结果却截然不同?

梅伯受刑剁成肉酱,大涡撕裂成小涡,

箕子装疯消极避世。小涡分裂成更小的涡体?

后稷原是嫡出长子,大涡出自时均剪切,

帝喾为何毒害翻脸?为何又要将它撕裂?

将他扔在寒冰之上,壁面扰动演变发展,

鸟儿为何覆翼送暖?为何能够堆积成涡斑?

为何长大仗弓持箭,为何扰动发展变大,

善治农业怀有奇能?随机演变更显其能?

出生既已惊动上帝,大涡既具拟序结构,

为何后嗣繁荣昌盛?为何破碎无序发展?

西伯姬昌号令衰世,来流扰动失去控制,

执鞭来作雍州牧伯。发展演变随机无序。

为何武王令治周社,为何大涡拟序结构,

承受天命享有殷国?承受湍流宏观特性?

带着宝藏迁居岐山,靠近壁面大涡结构,

如何能使百姓依从?如何受到壁面约束?

殷纣已受妲己迷惑,来流已受扰动污染,

劝谏之言又有何用?抑制作用可否有效?

纣王赐他儿子肉酱,大涡供给小涡能量,

西伯姬昌向天诉求。更大涡向时均流摄取能量?

为何纣王亲受天罚,为何纵波受到抑制,

殷商命运仍难挽救?横波依然可以污染流场?

太公吕望人在肉店,壁面产生的涡体运动,

姬昌为何就能认识?如何输送到远场区域?

听到挥刀振动发声,旋涡脉动越剧烈,

文王为何那么欢喜?湍流发展越充分?

武王姬发诛纣灭商,大涡结构改变流场,

为何抑郁不能久忍?为何不能久长?

抬着文王木主会战,瞬时湍流依方程可控,

为何充满焦急之情?为何解不能唯一?

纣王烧柴上吊自焚,大涡被卷散撕裂,

这样去死究竟何故?为何发生这种情景?

为何武王惊天动地,为何大涡殃及流场,

假托神灵却怀畏惧?还要维持小涡稳定?

上帝既降天命于殷,湍流既然受控大涡,

为何不再劝戒明白?为何还未找到规律?

纣王既已统治天下,大涡既然控制流场,

为何又被他人取代?为何又要被卷撒撕裂?

初把伊尹视作小臣,初始扰动发展缓慢,

后来用作辅政宰相。为何后来变化剧烈?

为何最终上追成汤,为何最终演变成小涡,

受到尊敬宗庙配享?处于均匀各向同性?

阖庐有功寿梦之孙,大涡有功维系小涡,

少年遭受离散之苦。初始并未随机无序?

为何壮年奋厉勇武,大涡运动剧烈,

能使他的威严远布?可能殃及整个流场?

祖烹调雉鸡之羹,  扰动超过临界状态,

为何帝尧喜欢品尝?为何演变剧烈发展?

得享高寿年岁太多,小涡衰变缓慢,

为何竞有那么久长?为何存活久长?

,,

列国君主为何发怒?管壁近区拟序涡如何发展?

蜂蛾生命原本微贱,个别小涡微不足道,

自卫力量为何牢固?为何整体缓慢衰变?

惊于女言不再采薇,大涡失稳破碎小涡,

白鹿为何庇佑夷齐?为何还要提供能量?

北行来到回水之地,小涡破碎更更小的涡,

一起饿死有何可喜?直至一起被粘性消灭?

哥哥有着善咬猛犬,大涡保持稳定结构。

弟弟又打什么主意?是否还能生成小涡?

一百辆车换一条狗,如果小涡融合成大涡,

最终不成反失禄米。能量传递是否也会反串?

傍晚时分雷鸣电闪,平静之中扰动加剧,

想要归去有何忧愁?流动演变如何发展?

国家庄严不复存在,稳态湍流不复存在,

对着上帝有何祈求?时均流动作何变动?

伏身藏匿洞穴之中,小涡藏匿大涡之中,

还有什么事情要讲?不知他如何发展变化?

楚国勋旧军中殉国,大涡被卷散撕裂,

国势如何能够久长?湍流特征如何保持?

悔悟过失改正错误,一旦超过临界状态,

我又有何言词可陈?变化剧烈已无法控制?

吴王阖庐与楚争国,两涡相互作用,

我们久已被他战胜!强涡必然战胜弱涡!

环绕穿越里社丘陵,绕近壁区的湍流,

为何生出令尹子文?如何产生大涡结构?

我曾告诉贤者堵敖,扰动一旦低于临界状态,

楚国将衰不能久长。衰减演变不能久长?

为何自赞告诫君主,如何演变生成大涡,

忠义之名欲更显扬?拟序涡系更加显扬?


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