以毒攻毒，用湍流干掉湍流。
用湍流干掉湍流 https://www.zhihu.com/video/1237518150326648832
用几个转子去扰动和加强湍流，然后湍流开始衰减，获得层流。
和以声消声不同，由于流动的非线性，无法靠简单的反向叠加消除湍流，何况也不可能获知扰动前湍流的所有信息，更无法制造一个跟它刚好抵消的作用。
具体解释是，利用中间那个转子加强湍流，湍流越强其动量交换能力越强，高速流的动量就能更多传给低速流，核心流速度场“被平均”，获得了一个更均匀的湍流以及更平坦的速度剖面。湍流能量级串（能量从大涡传给小涡，小涡再传给小小涡，过程中粘性一直在耗散流体的机械能，直到能量被完全耗散掉变成热）中最初的能量来源是时均流场速度梯度带来的剪切作用，通俗地讲，涡是“搓”出来的。加强后的湍流其速度剖面很平坦，核心区的速度梯度小，剪切作用弱，能量来源被切断了，持续的耗散而没有补充，湍流逐渐衰减成层流。
为了证明这一点，又做了个实验：
移动管壁干掉湍流 https://www.zhihu.com/video/1237672941476454400
因为流体在壁面处的速度一定是和壁面速度一致的，即无滑移，那么沿着流向移动壁面可以增加壁面附近的流速，但总流量不变，核心区的流速只能下降，速度剖面因而更平坦，速度梯度更小，最后也成功实现了湍流的衰减。注意那个虚线是湍流的速度剖面，最终形成的抛物线是层流的速度剖面。
参考文献：
Kühnen, J., Song, B., Scarselli, D. et al. Destabilizing turbulence in pipe flow. Nature Phys 14, 386–390 (2018).
看到评论里提到了机翼上的涡流发生器，又想起了另一个关于层流和湍流的反直觉现象：湍流也可以减阻，典型应用案例是高尔夫球。
按照正常的直觉，对于在流体中运动的物体，把表面做的光滑如镜，维持表面的层流状态是可以减阻的，上一个例子中的管流就是如此。那么问题出在哪？
先来分析下阻力的来源。流体中运动的物体受到的阻力由两部分组成：摩擦阻力和压差阻力。对于流线型的物体，流动在表面无分离或者小分离，物体受到的阻力主要是摩擦阻力，这种情况下，维持物体表面的层流有助于降低表面的速度梯度，降低摩擦阻力。比如机翼，NASA 在研究的层流翼型就是尽量让机翼表面维持大面积的层流降低阻力。
然而球不是流线型物体，它尾部很钝。一个物体在流体中运动时，表面会形成一个叫边界层的东西，边界层内速度和能量较低。随着流体沿着物体表面运动，由于粘性的作用，流体的动能会逐渐被消耗，当边界层内的流体的速度低到不足以抵抗逆压梯度时，它就不再贴着物体表面流动了，即所谓的边界层分离，高尔夫球在空气中的运动就属于这种情况。
那么分离对高尔夫球有什么坏处呢？当气流流到高尔夫球背面实在跑不动了，不难理解分离后会在背面产生一个低压区，正面的高压和背面的低压会对高尔夫球产生可观的压差阻力，并且比摩擦阻力大不少。这时候人就想办法，我能不能让这个分离不发生或者让分离区变小呢，那样不是可以降低压差阻力吗，然后就诞生了坑坑洼洼的高尔夫球。表面的坑坑洼洼可以产生很多小涡，将层流边界层强制转化为湍流边界层，湍流的特点是流体微团的脉动，其动量交换的能力比层流强得多，因而可以更高效地把边界层外高速气流的动量输送给边界层内的流体，给边界层补充能量，使其更晚分离，形成的分离区更小，降低压差阻力。
高尔夫球表面的精细流动结构 https://www.zhihu.com/video/1244589008203288576
另外从这个视频里可以看出，光滑球背面会出现不规则分离的大尺度结构，导致球受力不稳定，使其容易发生“随机”的横向漂移，影响球的轨迹。高尔夫球表面坑坑洼洼将大尺度结构撕裂成更多的小尺度结构，使球的受力不会低频大幅脉动，代之以高频小幅脉动，从而打得更准。
湍流边界层的抗分离能力比层流边界层强得多，机翼上的涡流发生器也是这个道理。航空工程师们为了提高升阻比，千方百计想要给机翼降低阻力，层流翼型是个努力，但想要保证气流沿着机翼始终保持层流且不分离实在太难了。机翼上表面要是出现大面积分离那就失速了，升阻比会暴跌。如果分离一定要发生，那退而求其次，我在分离位置的前面布置一组涡流发生器，利用它产生的涡强行给边界层补充能量，使边界层继续贴着机翼流动不分离。
涡流发生器一般设计成像一个小叶片一样，剖面也是翼型。
在超声速飞行的钝体头部开个喷口反向喷流可以减阻。第一次听到时，直觉告诉我反着喷不是应该产生反向的推力吗？没错！但如果喷出去的气流给飞行器降低的阻力大于它自己产生的反向推力呢？
这个技术最初用来降低钝体头部受到的气动加热，可用于弹道导弹、运载火箭等，然后不知哪天某个家伙发现这玩意竟可减阻，和潜射弹道导弹头部的减阻杆道理差不多。
减阻杆是啥？受潜艇空间的限制，潜射导弹需要做得很紧凑，不信你看潜射导弹都是圆圆胖胖的。尖锥虽好但太长且内部空间利用率低，所以潜射导弹头部一般都做成钝钝的。可是这样的钝体在超声速气流中会产生弓形脱体激波，波阻很大，怎么办？减阻杆诞生。
减阻杆利用头部先产生一道激波，这个激波虽然也不弱，但好在减阻杆头部面积很小，波后气流对它的压力也就不大。弹头和弹身藏在减阻杆拨开的气流中，这部分气流的压强没有波后那么大，这就成功降低了弹身受到的阻力，而且降低的阻力比减阻杆本身受到的阻力要多。如果你把减阻杆的头部和弹头连起来，你会发现它和尖锥形差不多，增加了导弹的等效长径比。
减阻杆通常做成上图中那样可伸缩的，平时缩在导弹里面，发射之后再伸出来。光靠这根杆儿，三叉戟 C4 的助推段阻力从 18 吨降到 9 吨，射程增加 300 多公里。
同减阻杆类似，反向喷流用气体制造了一个虚拟减阻杆，撑起保护伞使弹体免受高速气流直接冲击，避免被高压和高热摧残。不过，反向喷流减阻需要喷流的参数在合适的范围内，不然你要是在头部装个大推力火箭发动机，那就不是减阻了，成减速了。
含气泡的液体，其声速远低于纯气体和纯液体中的声速。
我们知道常温常压下，空气中的声速约为 340m/s，水中的声速约为 1500m/s，那么掺杂了很多空气气泡的水，其声速是多少呢？直觉告诉我们应该介于 340 和 1500 之间。然而结果是，当气泡水中空气的体积含量在 10-90%时，气泡水中的声速竟只有 20-30m/s 左右！
要解释这个问题，需要先回顾下声音的概念及声速如何计算。
声音是一种在介质中传播的微扰动波，当声源发生振动时，会对周围的介质产生微弱的扰动，使介质发生微弱的压缩和膨胀，这种扰动以机械波的形式在介质中传播开，就是声音。
对一维微扰动波波前波后列连续方程和动量方程，可得到声速的表达式（这里不推导了，详细可参见任何一本气体动力学教材）：
这个表达式是通用的，不管气体还是液体还是固体或者什么混合物，其中的声速都满足这个式子。这个式子什么意思呢？就是当一个微弱压缩波在这种介质中传播的时候（不失一般性地，为了描述方便，我们认为这个波是压缩波），波前未受扰动的介质在被压缩波扫过之后，压强会有微弱的升高，密度也随之微弱增大，而声速就是这两个微弱变化的比值的开方。由这个式子可以看出，同样的压力升高导致的密度增加越多，声速越低，即介质可压性越强，声速越低。论可压性，一般而言（不绝对）气体＞液体＞固体，所以声速是气体＜液体＜固体。理论上，不可压介质中的声速为无穷大。
扯得有点远了，回到气泡水的问题。以一半空气一半水为例，由于水的可压性相比气体几乎可以忽略，我们可以近似只考虑气体的体积减小，那么同样的压升，混合物的体积收缩率约为纯气体的一半。假如纯气体体积会收缩 1/10000，那么同样压升，混合物的体积会收缩约 1/20000，即纯气体密度会增加约 1/10000，混合物密度会增加约 1/20000。但是由于水的密度约为空气的 800 倍，所以混合物的密度约为空气的 400 倍，也就说，同等压升导致混合物的密度增量是纯空气密度增量的约 200 倍。回到最初那个公式，混合物的声速约为纯气体声速的
倍，算下来确实只有 20 多 m/s。
可以说，气泡水声速低是因为它兼具气体的易压性和液体的高密度，对于刚才的例子，相对于气体，混合物的可压性下降一半，但是因为混入了液体，密度增加了几百倍；相对于液体，混合物密度下降了一半，但是因为混入了气体，可压性增加了几个量级。
亚声速气流在收缩管道中膨胀，在扩张管道中被压缩。原因很简单，只是这个结论有点反直觉。为了保证连续性，管道每个横截面上气体的质量流量（
，密度乘速度乘横截面积，kg/s）都是一个恒定的值；因为亚声速气体压缩性较差，也就是密度变化不明显，那么面积减小带来的结果是速度增大，速度增大带来的结果是压强下降和膨胀（可以类比最极端的情况——不可压流体，比如水，密度不变，面积减小带来的结果就是速度增加和压强下降）。
同一型航空发动机红黄色尾焰的温度高于蓝紫色尾焰。看到这，很多人可能会有两个直觉。
直觉 1：以前学的都是说蓝色火焰比黄色火焰温度高，燃气灶就是这样。再说幽蓝色比亮黄色看起来高大上多了，冒蓝火难道不比蜡烛那样的黄火厉害？
直觉 2：热辐射的普朗克定律告诉我们，物体温度越高，其发出的电磁波中，短波占比就越高，蓝光波长短于红光，那应该是蓝色火焰温度更高呀，学天文的小伙伴可能还会联想到恒星的颜色。
但是，这里需要注意个前提——同一型发动机。
航空发动机加力时，因为燃气尚未反应完全就被喷出，所以才产生尾焰。尾焰的发光机制很复杂，主要为基团电子跃迁发光和炭黑颗粒热辐射发光。
基团电子跃迁发光机制与焰色反应类似，激发态的基团不稳定，发生能级跃迁回到基态，跃迁产生光子，能量以电磁波形式释放。由于每种粒子或基团有其特有的结构，其电子跃迁也只会释放特定大小的能量，产生特定波长的电磁波。航空发动机的燃料是煤油，煤油燃烧过程中产生很多小分子和基团，比如 H2O、CO2、CH、C2、CO、O、H、OH。航空发动机尾焰的蓝紫色主要来自于 CO2、CH、C2 的跃迁。
尾焰中红黄色光的产生原理就简单多了：不完全燃烧产生的炭黑颗粒在高温下释放出的热辐射。
由于尾焰中燃烧正在进行，必然伴随着跃迁发光，所以蓝紫色总是有；但炭黑颗粒需要不完全燃烧才能存在，所以红黄色不一定有。不过，固体颗粒的热辐射发光比分子基团的电子跃迁发光强不少，基本只要炭黑出现，亮黄一般会掩盖幽蓝。
重点来了，对于同一型发动机，红黄色尾焰产生自不完全燃烧，说明喷了更多油，而航空发动机内是贫燃燃烧，更多的油会使温度更高！为避免断章取义，要强调一下：不同型号发动机的尾焰颜色不能用来判断彼此的温度高低。
关于航发尾焰颜色更详细的解释：
WindLifter：航空发动机尾焰为什么有不同的颜色
螺旋星系的密度波理论。
上图这种银河系的图像大家应该很熟悉了，一条条旋臂呈漩涡状绕着星系中心旋转，我们的太阳系就位于猎户臂上。直觉上告诉我们，旋臂应该由同一批物质组成，这种想法很自然，但有个大问题：星系自转时，内部角速度应该较外部的大，几条旋臂会越缠越紧，但我们看到的星系并没有拧成麻花。
上世纪 40 年代，瑞典天文学家林德布拉德受水波启发，如果把星系想象成大量星体构成的连续介质，并把星系比作流体而不是刚体，那旋臂结构可以看成是种流体波，即密度波或压缩波，只不过支配星系这个流体的力不是分子间作用力，而是万有引力，密度波理论诞生了！
刚诞生的密度波理论还比较初级，后来一个跟天文学八竿子打不着关系的行外人用他扎实的流体力学和数学功底建立了系统的密度波理论，这个行外人就是解决了海森堡在博士论文中遗留的湍流难题的林家翘先生，这是后话了。
螺旋形密度波模拟 https://www.zhihu.com/video/1244042428367462400
密度波理论认为星系的螺旋结构是一种波形图案，这个波不与物质相关联。密度波理论成功解释了星系螺旋结构的本质和能够维持的原因。星系自转过程中，恒星有进有出，并不会在旋臂中停留，但进入旋臂的恒星会减速挤在一起使密度增大。星际气体进入旋臂时受到压缩，可触发恒星形成，能解释明亮年轻恒星集中分布在旋臂上的现象。
我觉得用交通拥堵沿车流的传播来类比，比用水波更恰当。日本研究人员拍的视频：
The Mathematical Society of Traffic Flow_腾讯视频
其实密度波这东西本身不反直觉，在连续介质里各种机械波比如声波就很好理解。密度波理论反直觉在于它的研究对象，星系自转的时间和空间尺度太大了，动辄几万光年的尺寸、几亿年的旋转周期，远远超出人类直观感受的认知范围，几百年时间那些星系看起来就像从没变过，让人先入为主地认为它就像个刚体一样。
同一个轨道上同向运行的两颗卫星，后面那颗要想追上前面那颗，它得先反向喷一下减速，再正向喷一下加速。减速后卫星能量下降，掉入一个更低的轨道，低轨比高轨角速度更大，快追上时再加速一下回到原来的高度。不过这种适合于相距较远的两个卫星，近的话，如对接的时候，直接怼过去就行。
从地球上发射物体飞向太阳需要耗费的能量比飞出太阳系要多得多。反直觉的地方在于，飞向太阳有太阳引力相助，怎么还会比克服太阳引力飞出太阳系要更难？
从初始动能的角度看，地球发射一枚炮弹命中太阳需要耗费的能量是逃离太阳系的 4.78 倍。
从地球摆脱太阳引力飞出太阳系需要相对太阳 42.1km/s 的速度，地球绕太阳公转提供了 29.8km/s 的初始速度，所以飞出太阳系只需沿着地球公转方向发射炮弹，补齐剩下的 12.3km/s。
如果要命中太阳，有个最容易想到的方式是把炮弹随着地球绕太阳公转的 29.8km/s 速度减为 0km/s，然后炮弹会直线掉向太阳，这就需要沿着地球公转反方向以 29.8km/s 的速度发射炮弹。不过还有更省能量的方式，考虑到太阳半径较大并不是一个点，只要以椭圆轨道方式在近日点擦到太阳背面也算命中，最终计算结果是需要向地球公转反方向以 26.9km/s 的速度发射炮弹，这个动能是逃离太阳系的需要的动能的 4.78 倍。
这部分数据引自小火箭的文章《奔向水星！小火箭详解人类水星探测的历史与未来》，语言重新组织了下。计算中不考虑其他行星，只考虑太阳和地球，并且把地球视为一个点。
从计算中可以看出，造成这种反直觉的原因关键在于地球的公转速度太大。
需要注意的是小火箭的计算中没有考虑地球引力的作用，如果考虑摆脱地球引力所需要的动能（对应第二宇宙速度 11.2km/s），上述发射速度都要再提高一点，比如逃离太阳系需要从 12.3km/s 提高到 16.7km/s（12.3^2+11.2^2≈16.7^2），即第三宇宙速度。尽管如此，结论仍是飞出太阳系比飞向太阳要容易。
家里的罐装液化气，只要环境温度不变，不论里面的液化气还剩多少，里面压强都是一样的。或者说充液化气的时候，不管你充多少进去，只要没充满，里面压强都是一样的。原因在于，液化气罐内的压力等于当前温度下液化气的饱和蒸汽压，只要温度不变，这个饱和蒸汽压就不变。
2020.06.25
2021.07.05 更
马拉高尼（Marangoni）效应。
狼和小羊的故事大家都知道，狼为了吃羊各种找茬，狼说小羊喝水污染了河水，小羊反驳说可我在下游喝水，怎么会污染到你上游呢？
事实上，还真的有可能会污染上游。先看个视频：
神奇的马拉高尼效应，能让茶水逆流而上，什么原理呢
对该效应的解释如下：
由于具有高表面张力的液体相较于低表面张力的液体对周围液体的拉力更大，因此表面张力梯度的存在自然会导致液体从低表面张力的区域流走。
也就是说，由于各种原因，比如加入了其他物质，上下游流体的性质不同，上游的表面张力大于下游的表面张力，把下游流体表面的物质给拉过去了。
（嘘嘘的时候还有点孩怕呢）
沸腾传热中的莱登佛罗斯特（Leidenfrost）效应。思考这样一个过程：一个装满水的烧杯，一根没入水中的不锈钢细管，烧杯下有另外可控的加热使水保持饱和温度
（对于水，标准大气压下约为 100℃）。现对不锈钢管通电加热使其表面产生沸腾汽泡，不锈钢管也维持一个恒定温度
，这样就存在一个过热度
。现在问题是，不锈钢管向水散热的热流密度
（单位时间、单位表面积传递的热量，W/m2）随过热度
如何变化？直觉告诉你，不锈钢管表面越热，散热速度应该越快是吧，也就是
应该是随
单调增加对吧？事实上
随
的变化曲线是这样的：
从图中可以看到，随着
的增加，
是先增后降然后再增。具体原因如下：
简而言之，过渡沸腾区热流下降的原因是，水遭遇热表面时汽化产生的水蒸气不能及时排除，汽泡覆盖在热表面阻碍传热进行。
该现象有时需要避免，有时也可以加以利用。
对于用冷却水吸热的核反应堆是需要避免：在核反应堆中，我们能直接控制的是核反应速率（改变控制棒插入程度），即放热速率或热流密度是可控的，此时就要限制热流密度，使其小于核态沸腾区的热流密度峰值
，因为一旦超过该峰值，其工作状态会直接沿着前面曲线图中虚线跳到稳定膜态沸腾区（不可能停留在过渡沸腾区，因为过渡沸腾区能提供的散热能力小于堆芯放热能力，热量积累会使堆芯温度持续上升进入膜态沸腾区，直至堆芯放热与冷却水吸热达到平衡），过热度
会猛升至近 1000℃，可能导致设备烧坏甚至堆芯熔毁。
利用的该现象的也有，比如迅速地把手插入液氮再拿出，由于手温度与液氮温度差大约 200 多℃，热流密度在
附近，人手表面产生的汽泡会把手保护起来，阻碍传热，不会冻伤（勿长时间停留）。液氮冰桶挑战、湿脚走炭火、湿手放入熔融铅用的也是这个原理。
很多大厨都会的无油煎鸡蛋不糊也不粘同样用的这个原理，可以看到图中锅都烧红了，鸡蛋中的一小部分水遇到锅瞬间沸腾产生了一层气膜把鸡蛋和锅隔绝开了，保护了起来。火箭发动机中有时也会利用该现象，在喷管内表面喷一层液膜，保护喷管使其免被高温燃气烧蚀。
2022.05.26 更
很多人都知道帆船能做出很多反直觉的骚操作，比如逆风行驶，其原理很简单，就是风帆被当作机翼用，如图所示：
这还有两个比帆船逆风行驶更反直觉的：
1、无自带动力，纯“风力驱动”的小车，在完全顺风的时候，运动速度能超过风速。
Spitwater：顺风跑的纯风力车能比风快吗
2、还有一种具有类似结构的无自带动力小车，你朝它吹风，它不仅不会被你吹走，还会向你开过来。但是它的原理和帆船逆风行驶不同，帆船的帆类似于飞机的机翼，靠风产生升力推动船。在利用这种原理逆风行驶时，要求风向不能和船的运动方向在一条直线上，也就是说不能迎头正对着风，否则升力在船的运动方向上没有分量。而这种小车，正对着风也可以逆风行驶，其原理是利用风驱动风车，并通过传动系统带动轮胎旋转，设计得当的话可以实现轮胎的驱动力大于等于风车受到的阻力，推着小车逆风加速或匀速行驶。
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