平常的蒲公英，科學家卻用流體動力學，尋找蒲公英棒的最佳排列！來自洛桑聯邦理工學院、特恩特大學和比薩大學的一組研究人員，利用流體動力學方程來尋找蒲公英中棒的最佳排列方式。在他們發表在《物理評論快報》上的研究論文中，該小組描述了其研究及其成果。此前愛丁堡大學一個研究小組發表了他們對蒲公英種子飛行的研究結果，該研究使用了攝像機和微型風洞。
發現這種紙蒲團的獨特設計（看起來像降落傘一樣的冠毛）讓種子以一種非常有效的方式在風中漂浮。研究發現，當帕普斯星漂浮時，這些刺會引導周圍的空氣，從而在帕普斯星的尾流中形成漩渦。由於渦旋中的氣壓較低，帕普斯和它載籽船能夠在空中停留的時間比不這樣做要長。在這項新的研究中，研究人員試圖更好地理解棘的數量在產生渦流和保持飛行穩定方面的作用，為了更好地理解蒲公英種子冠毛的飛行行為。
研究人員利用流體動力學方程建立了模型來模擬它的行為。在研究將模型描述為連接在一起的杆集合，其方式類似於自行車車輪上的輻條。物理方程使他們能夠模擬當蒲公英種子冠毛在空氣中漂浮時自然發生的氣流模式。研究模型顯示了與先前研究人員親眼所見相同類型的渦旋形成。接下來使用不同數量的棒來運行模型，發現最佳數量是100，這與在真實的蒲公英種子中發現的數量相匹配，在這個數值上，蒲公英種子冠毛是最穩定的。
而漂浮時，隨著杆數的增加，飛行變得不穩定；杆數越少，飛行距離越短。研究人員認為此發現可以用來設計更輕的降落傘。流動不穩定性的研究與控制是空氣動力學中的一個關鍵問題。飛機的設計不僅是為了產生平衡重量所需的升力，更重要的是，在巡航條件下保持穩定和機身的穩定。類似的流動穩定性能自然是由生物飛行物體能實現，比如蒲公英種子，由於一種叫做冠毛的圓盤狀結構，蒲公英種子被風吹走，研究人員創造這一種傘流結構，它是一個了不起的原型。
研究展示了如果種子的冠毛完全不透水，尾流將不穩定，如何通過改變結構來穩定尾流，從而讓氣流通過。研究利用各向異性非均勻剛性多孔板的逼近方法，結合線性穩定分析技術，對該問題進行了研究。結果表明，平均孔隙度閾值的存在，超過這個閾值，流體的特徵總是一個分離、穩定、軸對稱的再循環渦環。該閾值與實驗觀測到的孔隙度值非常接近，這解釋了為什麼蒲公英冠毛形態促進了穩定的尾流狀態。
博科園｜Copyright Science X Network/Bob Yirka,Phys參考期刊《物理評論快報》DOI: 10.1103/PhysRevFluids.4.071901博科園｜科學、科技、科研、科普