2021年12月3日14:20,由西安建筑科技大学力学技术研究院(IMT)开展的力学家访谈,在腾讯会议线上进行。本期访谈的嘉宾是上海纽约大学张骏教授。
线上访谈掠影
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:在生物运动方面您做了大量的工作,包括扑翼飞行、鱼游运动等,您能简要介绍一下侧线在鱼的游动过程起到的作用吗?另外鸟类扑翼飞行形成的流动结果与飞机飞行时机翼附近形成的流动结构有什么不同之处?
答:
鱼的侧线布满了神经元,我们发现,神经元的数目与鱼周围流场压力梯度变化呈线性关系,在鱼周围压力差大的区域,其神经元的数量相应多,二者具有很好的相关性。就您的第二个问题来说,鸟类扑翼飞行与飞机机翼周围流场最主要的差别是前者是一个非定常的流动,在一个扑翼周期中,流场时刻都在变化,从而为鸟类提供升力及推力,而后者流场稳定,飞机的推力由其他机制提供。简单来说它们的区别在于流动的非定常性与定常性。
问:热对流是自然界中普遍存在的现象,地球地幔中的热对流是如何影响大陆板块运动的?
答:
热对流对于能量及物质输运的有效性远远高于扩散,室内室外时时刻刻在发生热对流。比如,我们可以将直径一万两千公里的地球作为一个热对流的平台,无论从地表到地幔深处,都有缓慢的热对流,甚至延伸到地球的内部,像地幔和液态核边缘直至液态核都存在热对流。热对流影响到地球的方方面面,如地球磁场是由液态核中处在熔融状态下金属的高速运动产生的。地幔的热对流直接影响到大陆板块的位置,各大陆板块所处位置的随时间推移的变化情况直接受制于地幔中的热对流,如同蜡板漂浮在流动的蜂蜜上方。大陆板块的运动理论被地球物理学者研究的相当成熟,其中的争论也越来越少,在未来二十余年,可以预计我们对很多板块的漂移历史会变得特别清晰。
问:您在《Ratcheting fluid with geometric anisotropy》一文中研究了不对称锯齿状结构面对面放置形成的通道产生“棘轮效应”,以达到单向输送流体的目的,这种几何不对称性对管道流动中能量的输运有什么样的影响?
答:
不难想象,在锯齿状边界管道中,流体向一个方向流动会比另一个方向更容易一些,利用这种特殊的管流性质,周期性的改变管道内径,就可以实现流体的单向输运。比如,我们可以利用大型机械运行过程中产生的振动,将振动动能转化为单向的流体运动,这样我们也许可以利用流体的单向运动对机械进行冷却,或者进行物质输运。
问:您拥有大量的国内外教学及科研经历,取得了很多高水平的学术成果,科研过程中选题是首难问题,您能否为我们分享一些选题的经验和建议?
答:
首先学科兴趣会推动、加深学科理解,在理解过程中,每个人都会自然思考大量的问题,思考中便会派生出一些可能发展的方向,这些想法、主意可能在一天中就能产生好几个,但其中百分之九十九可能都会被否定。这首先要看前人是否已经研究过,二是是否真的有趣 ,三是现有条件是否支持这方面的研究,比如缺少微重力仪器就很难实现相关的实验研究,那么你可能会转到另一个方向。选题除了受到兴趣、实验条件等因素的制约外,不能忽视自己的强项,对于研究流体力学的学者而言,流体的相关语言、研究手段、背景知识应该强于其他领域,研究问题时自然会集中于流体方向的研究。每一个实验室原则上可以进行任何方向的研究,只要在科学范畴上有意义,有应用前景。选题是想象力、科学问题的意义、现实条件等众多因素协调的结果。
采访人:邵文琦
撰稿人:邵文琦
校对:李权威