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浮力驱动湍流的结构和输运特性研究
成果信息
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  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    O357.5
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目属于流体力学科学领域。 湍流是流体流动的普遍形态,具有广泛的应用背景。在基础研究领域,湍流是流体力学的核心问题,同时也是经典物理学中最后一个尚未解决的难题。湍流是流体在能量较高时由于惯性主导而出现的高度不稳定、内在自由度被高度激发的一种多尺度、多结构、高维数、强非线性相互作用的流动形态。湍流对数学、力学、物理等基础科学有着深刻影响,湍流研究极大地促进了非线性科学的发展。湍流已经成为影响国家航空航天航海等工程成败的关键瓶颈之一,是国家迫切需要解决的重大应用基础课题。 作为基本湍流类型之一,受浮力驱动的湍流流动广泛存在于自然界和各种工程问题中,其与壁湍流和湍射流等常见典型湍流流动有许多不同之处,对其基本规律的深入研究,有助于获得湍流机理的新认识和新理解。因此,对浮力驱动湍流的研究一直是国际流体力学和湍流研究领域内的重点和热点之一。该项目对浮力驱动湍流系统的边界层及输运特性和湍流结构演化进行了系统深入的研究,获得了若干原创性的研究成果。 1定量刻画了边界层的统计特性及湍流结构对输运的影响规律。 热对流系统导板附近共存的速度和温度边界层控制着系统的整体热输运效率。然而,如何定量地刻画边界层剖面一直是该领域内一个悬而未决的问题。该成果提出了边界层的动态重构法,在随时间脉动的边界层瞬时参考系中定量地刻画了导板附近的速度温度分布,并以此确认了Prandtl-Blasius层流边界层理论在描述热对流系统边界层动力学规律的适用性。此外,该成果还揭示了对流槽几何形状以及系统内大尺度流动结构对系统整体热输运效率的影响规律。 2揭示了浮力湍流结构的小尺度演化规律。 湍流结构主控着湍流的输运和动力学过程,理解湍流结构在系统能量级串过程中所起的作用是认识浮力驱动湍流物理机制的关键。该成果首次实验证明了湍流椭圆理论模型,发现了湍流结构在耗散尺度附近所满足的普适性统计规律,揭示了受浮力驱动的湍流结构对系统跨尺度能量输运的作用机理。 八篇代表性论著SCI检索他引117次,代表作7入选ESI高被引论文,代表作8获选PoF封面论文。完成国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目一项,获批重点项目一项。德国科学院院士S.Grossmann教授和荷兰皇家科学院院士D. Lohse教授认为该成果“确认了层流边界层理论在热对流系统中的适用性”;美国工程院院士C.K. Law教授将该成果作为Rayleigh-Taylor湍流的代表性成果进行了引用;中国科学院院士何国威教授认为该成果是对湍流椭圆模型的“首次系统实验证明”。
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