正在看一本可控核聚变的（半）科普著作《一个不可或缺的真相——聚变能源如何拯救地球》，作者是资深核聚变专家陈凤翔（Francis F. Chen）教授（已经九十多岁了）。其中他提到一个最简单也最出人意料的问题：把一个矿泉水瓶瓶口向下翻转，水马上就流出来了，为什么会这样？
对此的分析至少可以分为三层。第一层是压根意识不到这是个问题。第二层是明白为什么这是个问题，因为水下面有大气压，它原本可以支撑将近10米高的水柱，所以水居然会流出来是需要解释的。第三层是对此的解释：瑞利-泰勒不稳定性。
下面这篇文章，就是对瑞利-泰勒不稳定性的一个稍微详细一点的解读。

CFD理论|流动不稳定性 - BB学长的文章 - 知乎
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导读：介绍两种流动不稳定现象：开尔文-亥姆霍兹不稳定、瑞利-泰勒不稳定。

流动稳定性
流动稳定性（hydrodynamic stability） 流动受初始扰动后恢复原先运动状态的能力。外界的扰动如果会自动衰减，原先的流动便是稳定的；外界的扰动如果会发展，并转变为新的流动状态，这就是流动失稳现象。流动稳定性理论研究流体运动稳定的条件和失稳后流动的发展变化，包括转捩为湍流的过程。层流到湍流的转捩，一般始于失稳。但随着某流动参数（如雷诺数）的逐渐增大，流动失稳后也有可能过渡为另一种更为复杂的层流，最后再失去层流的规律性，转捩为湍流。本文介绍的两种不稳定现象是属于有一个明确界面的稳定性问题，

开尔文-亥姆霍兹不稳定
开尔文-亥姆霍兹不稳定性（英语：Kelvin–Helmholtz instability，名称来自开尔文男爵和赫尔曼·冯·亥姆霍兹）是在有剪力速度的连续流体内部或有速度差的两个不同流体的界面之间发生的不稳定现象。KH不稳定性广泛存在于高能量密度物理、地球和天体物理、惯性约束聚变、燃烧、玻色-爱因斯坦凝聚、石墨烯等领域。充分发展的KH不稳定性导致了星际飓风、星系旋臂、太阳风与地球磁层相互作用中大规模旋涡结构的形成；另一方面，被显著抑制的KH不稳定性有助于高准直、高长宽比、高稳定性超声速天体射流的形成。比如说风吹过水面时，在水面上表面的波的不稳定。而这种不稳定状况更常见于云、海洋、土星的云带、木星的大红斑、太阳的日冕中

动图封面
瑞利-泰勒不稳定
当重流体处于轻流体上方时，如果界面无限平整且不存在扰动，则该流体系统处于不稳定平衡状态。由于在自然界中扰动的不可避免性，即便是原本无限平整的界面在重力作用下也会发生失稳。这种由于轻流体推重流体（逆着加速度方向）或加速度由重流体指向轻流体所导致的流体界面不稳定性现象，一般称为瑞利泰勒不稳定性 (Rayleigh–Taylor Instability，RTI)现象。

这种不稳定性扮演了重要角色：在聚变内爆过程的减速阶段，RTI会影响靶丸的均匀压缩，严重情况下会导致靶丸壳层的破裂；同时在点火阶段中，RTI还会引起壳层材料与热区的掺混，降低中心热区的温度，导致点火失败。但在与一些内燃机燃烧推进相关的过程中，RTI会加剧液体燃料与氧气的混合，对促进燃烧过程是有利的。

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编辑于 2021-03-18 17:20