力学家访谈录：时钟教授

2023年10月20日9:30，由西安建筑科技大学力学技术研究院（IMT）博士生刘哲对本期访谈的嘉宾上海交通大学时钟教授进行了力学家访谈。

访谈掠影

力学家访谈源于对力学家的致敬，希望以访谈的形式请他们分享自己的学术成果、科研心得、新思想，以此激励学生的科学研究激情。采访内容如下：

问：湍流现象和尺度有关吗？什么是小尺度湍流？

答：湍流现象本质上是物理学问题，尺度有利于定量描述、刻画湍流，包括长度、时间和速度尺度。类比于分子运动的平均路径，用于描述湍流的长度尺度，最早是由G.I. Taylor通过统计学推导出的，例如：欧拉积分长度尺度、拉格朗日积分长度尺度等等。

按照Taylor在1935年的定义¹，‘小尺度湍流’是指：整个流场可能在一个微小湍流状态，即：可能存在非常小尺度的湍流，尽管它们在扩散中起到很小的作用，但是，它们在湍流能量的耗散方面起到主要作用。我们可以简单地理解，‘小尺度’，不仅指示湍流的几何大小，而且指示湍流的物理学方面(例如：局部/local)。

问：钱俭教授在小尺度湍流方面解决了哪些重要的问题？他提出了哪些有创新性和影响力的概念和结果？他的工作对湍流理论和实验有何启示和指导？

答：钱俭教授是国际上局部均匀各向同性湍流理论研究Kolmogorov学派的重要传承者、发展者之一，他的主要学术贡献是采用非平衡统计力学和摄动变分法建立了与Kolmogorov谱兼容的基于Liouville方程的各向同性湍流理论。详细内容，可以参阅2021年刊载在Physics of Fluids上介绍他的文章²。

问：德国哥廷根Ludwig Prandtl和英伦剑桥G.I. Taylor作为当代流体力学的创始人，对湍流研究都做出了巨大贡献。他们各自的研究方法和成果有何异同？他们对湍流理论和应用的发展有何贡献和局限？

答：粗略地讲，Prandtl侧重于工程湍流的研究，最著名的贡献之一是“冯•卡门-普朗特壁面对数律（the von Karman-Prandtl logarithmic law of the wall）”, 还有工程湍流零方程、一方程的建立和发展；而Taylor主要侧重于自然湍流的研究，最著名的贡献是湍流统计理论的奠定；。对于Prandtl、Taylor在湍流方面的各自研究方法和成果感兴趣的研究生，建议参阅剑桥大学出版社2011年出版的A Voyage Through Turbulence一书中的介绍³。

问：为什么英伦剑桥大学能够从中古走到现代？给予我们的大学什么启示？

答：主要是因为：800多年来，英伦剑桥大学恪守已有的优秀传统，又坚定不移地与时俱进。给予我们的大学启示是：所谓大学者，既谓有大楼之谓也，亦有大师之谓也。这些大学精神、理念对学术（包括力学技术）的传承、发展，都是至关重要的。

问：力学青年研究生在课程学习、课题研究中应该注意的核心是什么？

答：科学、技术（包括力学技术）的核心是“思维”，力学青年研究生在课程学习、课题研究中应该注意的核心是：清晰的物理概念、严密的数学思维。

¹Taylor, G.I. 1935c Statistical theory of turbulence. I.Proceedings of the Royal Society of LondonA151: 421-444.

²Shi, J.Z. 2021b Qian Jian (1939-2018) and his contribution to small-scale turbulence studies.Physics of Fluids33, 041301.

³Davidson, P.A., Kaneda, Y., Moffatt, K. and Sreenivasan, K.R. (eds.) 2011A Voyage through Turbulence. Cambridge University Press, 434 pp.