無論是流經工業工廠冷凝板的水，還是流經加熱和冷卻管道的空氣，流經平坦表面的流體都是現代生活許多過程的核心現象。然而，一項新的分析顯示，這一過程的各個方面一直知之甚少，一些方面被錯誤地教授給了幾代工科學生。這項研究檢查了幾十年來發表關於流體流動的研究和分析。研究發現，雖然大多數本科教科書和傳熱學課堂教學都將這種流動描述為：兩個不同的區域被突然轉變隔開，但實際上有三個不同的區域。
研究人員表示：一個漫長的過渡區與第一個和最後一個區域一樣重要。這種差異與流體可以流動的兩種不同方式之間的轉換有關，當水或空氣開始沿著平整的固體薄片流動時，就會形成一個薄的邊界層。在該層內，由於摩擦力，最靠近曲面的部分幾乎不會移動，恰好在其上方的部分流動得更快，依此類推，直到它以原始流動的全速移動，這種穿過薄邊界層的穩定、漸進的速度增加稱為層流。
圖示：加熱或冷卻表面的流體從平滑流動過渡到混合湍流，麻省理工學院一項新的研究分析表明，過渡區對熱流和溫度控制也很重要。
但是再往下走，氣流就會改變，分裂成混亂的漩渦和漩渦，也就是所謂的紊流。這種邊界層的性質決定了流體傳熱效果，這對許多冷卻過程(如高性能計算機、海水淡化廠或發電廠冷凝器)至關重要。學生們已經被教導計算這種流動的特徵，就像從層流突然轉變為湍流一樣。但是麻省理工學院水和機械工程Abdul Lateef Jameel教授John Lienhard仔細分析了公佈的實驗數據，發現忽略了這一過程的一個重要部分，這一發現現已發表在《傳熱學》期刊上。
Lienhard對傳熱數據的回顧，揭示了層流和湍流之間有一個重要的過渡區。這個過渡區的熱流阻力在另外兩個區之間逐漸不同，這個區和它前面的層流區一樣長，也很獨特。這些發現可能對從海水淡化或其他工業規模過程的熱交換器設計，到理解噴氣發動機中的空氣流動等方方面面都有潛在影響。事實上，致力於這類系統的大多數工程師都知道長過渡區的存在，即使本科教科書中沒有這一點。
現在，通過澄清和量化這一轉變，這項研究將有助於使理論和教學與現實世界的工程實踐保持一致，但在在過去的六七十年裡，突然轉變的概念在傳熱學教科書和教室裡已經根深蒂固了。理解沿平坦表面流動的基本公式，是所有更復雜流動情況的基本基礎，例如曲形的飛機機翼或渦輪葉片上的氣流，或航天器重新進入大氣層時的冷卻，平坦表面是理解這些東西如何工作的起點。平面理論是由德國研究員Ernst Pohlhausen於1921年提出。
經常‘調整’數據才可以
但即便如此，實驗室實驗通常不符合理論假設的邊界條件。實驗室板塊可能有一個圓形的邊緣或溫度不均勻，所以20世紀40年代、50年代和60年代的研究人員經常‘調整’他們的數據，以迫使他們與這一理論相一致。另外，良好的數據和這一理論之間的差異，也導致了傳熱學文獻中專家之間的激烈分歧。研究發現，英國航空部的研究人員在1931年發現並部分解決了表面溫度不均勻問題。
但是他們不能完全解決他們推導出的方程式，這得等到1949年開始使用數字計算機才行，與此同時，專家之間的爭論仍在醞釀之中。研究人員看正在教授學生的方程式實驗基礎，意識到研究人員幾十年來就知道這種轉變發揮了重要作用，Lienhard表示：想用這些方程式繪製數據，這樣，學生們就可以看到這些方程式工作得有多好，我一直看著實驗文獻，一直追溯到1930年，收集這些數據讓一些事情變得非常清楚：
幾十年間教科書上教授的東西過於簡單化了，在描述流體流動時的差異，意味著傳熱計算有是錯誤的。現在，有了這種新的分析，工程師和學生將能夠在非常廣泛的流動條件和流體中準確地計算溫度和熱流，錯了幾十年的教科書終於可以得以修正，但要真正把新研究成果修正到原來的教科書，不知道又要多少年呢？期間還有多少學生繼續學著錯誤或者說不那麼正確的知識呢？
博科園｜研究/來自：麻省理工學院
參考期刊《傳染學》
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