物理学家最喜欢的短视频长什么样？放⼼，你也看得懂。美国物理学会流体⼒学分会宣布了2022年“流体运动画廊”（Gallery of Fluid Motion）年度视频和海报竞赛的获奖者。以下为⽶尔顿·凡·戴克（Milton van Dyke）奖的视频获奖者。除了视频之外，该奖也会给海报颁奖。
超算模拟柴油机。为了减少排放并提升效率，研究⼈员⼀直以来都在重新设计柴油机。
这项⼯作依靠超级计算机来建模燃料-空⽓混合物形成的湍流以及发动机燃烧室⾥发⽣的数千种不同的化学反应。如果有两种不同的燃料，那情况就更复杂了。⽐如说新型的“反应控制压燃发动机”（RCCI），它利⽤了甲烷的⾼效率燃烧以及柴油能在较低温度下压燃的能⼒。科罗拉多国家可再⽣能源实验室的流体动⼒学专家尼克·魏默尔（Nick Wimer）说：“为了把多燃料建模推进到下⼀个阶段，我们的确需要新⼀代的计算⼯具。”
超算模拟RCCI发动机的⽓缸在点⽕前后的流体与化学反应的细节。这⾥甲烷-空⽓混合物（不可见的部分）和柴油（蓝⾊）都被点燃（黄⾊）。视频来源：N. Wimer and colleagues/NREL/Sandia National Laboratory。魏默尔和他的同事创建了两段新的代码，之后它们将跑在世界上最快的超级计算机——Frontier上⾯。
Frontier最近已经开始在⽥纳西州的橡树岭国家实验室（ORNL）运⾏了。为了证明这些代码的威⼒，团队把代码放在ORNL的两个稍慢⼀点的超算上跑了跑，测试了⼀个⽬前⼯程师们感兴趣的问题：RCCI发动机的⽓缸在点⽕的最初时刻发⽣了什么。
在这个模拟的视频中，3厘⽶宽的腔中原本充满了空⽓-甲烷混合物。然后出现了四股柴油喷射流，这个模拟捕捉到了油⽓混合物形成的湍流的复杂性。很短的时间后，点⽕的“核⼼”——也即燃料开始燃烧的点——出现在了柴油和⽓体的接触⾯。代码将空间划分为超过20亿个单元进⾏模拟，并且达到了⼩于7微⽶的分辨率。魏默尔说，这些代码对于改进氢动⼒涡轮发电机或者多燃料混合的重型越野车都有帮助。
移动的法拉第波。
这是⼀个经典的物理课堂演⽰：在⼀个喇叭上⾯放⼀个装有⽔的浅容器，⽔⾯将会产⽣波纹。这种“法拉第波”可以形成⼀系列通常是静⽌的图案，但是声⾳振幅很⼤时，这种波纹将会混乱地四处移动。北卡罗来纳⼤学教堂⼭分校的佩德罗·赛恩斯（Pedro Sáenz）和博⼠后研究员关简辉（Jian Hui Guan，⾳译）想知道是否可以通过限制波的移动空间来将混乱的运动转化为连贯的运动。
研究⼈员把液体置于圆环状的沟道中，他们兴奋的发现这些波居然绕着圆环有序的打转。所期望的结果在试第⼀次的时候就出现了，“我这辈⼦估计就能遇到这么⼀次。”赛恩斯开玩笑说。法拉利波来源于液体的震动，通常要么静⽌、要么混乱；可以通过改变容器形状，使其有序的移动。视频来源：J. H. Guan and colleagues/UNC, Chapel Hill/University of Glasgow。
来⾃赛恩斯，关先⽣与其同事们的视频显⽰，这种连贯的运动会随机沿顺时针或者逆时针的⽅向前进，不过可以沿着沟道壁的⼀个⽅向加装“棘轮”（楼梯状结构）来控制运动⽅向。研究⼈员表明，其实还可以在更复杂的沟道⽹络中引导出这种稳定的表⾯波运动，⽽且有可能可以构造⼀个⽹络，将其作为动⼒泵，来带动另⼀条管道⾥的⽔流。
他们将视频命名为“奔跑吧，法拉第，奔跑吧”，玩了《阿⽢正传》⾥的⼀个梗——“奔跑吧，阿⽢，奔跑吧”。
倒葡萄酒的“咕嘟”。葡萄酒倒出酒瓶的时候通常会发出悦⽿的“咕噜咕噜”声，这是因为空⽓被迫穿过酒瓶狭长的开孔。2019年，加州州⽴理⼯⼤学圣路易斯奥⽐斯波分校的汉斯·梅耶（Hans Mayer）录制了⼀段⽔从倒置酒瓶中流出时的视频，向他的机械⼯程学⽣展⽰了其与⼀个简单排⽔槽的对⽐。
在观看慢动作时，他发现有个上升⽓泡在以他见所未见的方式改变形状，“我被这个绝对美丽的现象惊呆了。”液体从⼀个倒置酒瓶中排出，根据液体粘性的不同，第⼀个⽓泡会经历⼀系列不同的形变。视频来源：H. Mayer and colleagues/Cal Poly, San Luis Obispo。梅耶现在与他的两个本科⽣合作记录这种泡泡的⾏为。
他们拿了个著名的两块钱葡萄酒“Two-Buck Chuck”的空瓶，装满⽔并且倒过来。通过⾼速摄像机的记录，⼩组观察到这个过程中⼏个可重复的阶段：空⽓在瓶⼜捏断形成⼀个⼤⽓泡，⽓泡上升，在其下底⾯产⽣了⼀个向上的液体“喷射流”，在解体之前⽓泡变成⼀个圆环形结构。然后他们记录了不同浓度的⽔-⽢油混合物的情况，展⽰了当粘度变化时⽓泡和喷射流的速度与形状。梅耶说，这项⼯作是为了抓住学⽣和公众的兴趣。
“我希望我们能激发⼈们对流体动⼒学之美的欣赏，特别是类似这种蕴含在⽇常⽣活中的东西。”