自2017年起，近代力学系连续举办“流体力学研究生学术报告会”，旨在促进各实验室之间的沟通、活跃同学们的学术氛围、提高研究生的培养水平，同时建立各实验室相互认识、相互了解、相互学习的学术交流平台。经各实验室导师推荐和研究生自主报名，2020-2021年度报告人共包括4位博士后、1位访问学者和26名优秀研究生。报告内容涵盖了学术进展报告、文献综述和经验分享等。报告会由司廷教授主持。
在科学研究过程中，阅读、写作和演讲是提高学术水平和科研素养的重要方法。培根说过：“阅读使人充实；会谈使人敏捷；写作与笔记使人精确”、“逻辑与修辞使人善辩”。通过本报告会的互动交流，同学们掌握了流体力学领域的相关基础知识，了解了学科研究方向前沿动态，不仅能够帮助个人凝炼研究方向，培养科研兴趣，思考所研究课题的重要科学意义和应用价值，还能够锻炼个人提出问题、分析问题和解决问题的综合能力，增强总结、学习和交流的科研能力，为开展科学研究提供创新思路和有效帮助。
本报告会由我校研究生创新计划、国家基金委创新研究群体资助。下学期将继续举办，欢迎感兴趣的老师和同学积极参加。
附本学期研究生学术报告会学术总结：
1、张春雨，《三相流动数值算法及复合液滴动力学研究》：带移动接触线的多相流动和复合液滴在生活和生产过程中具有广泛应用。本工作发展了带移动接触线的三相流动数值模拟模型，通过对平板上复合液滴构型的研究验证了模型的准确性，并结合理论分析方法研究了平板上复合液滴参数相图和构型之间的转化。此外，探究了剪切流中复合液滴运动和复合液滴撞击平板铺展过程两个关于复合液滴动力学的问题。最后，将该模型扩展至任意相，提出了泡沫结构演化数值模拟方法。
2、王何，《柱状曲面激波反射及复杂条件下非定常RR→MR转变研究》：激波反射是超音速流动中的一类重要现象，其在爆炸波与物体相互作用、爆轰波传播和超音速飞行器设计等学术和工程问题中广泛存在。曲面激波传播和反射是激波研究中的热点和难点，本工作的主要研究内容包括柱状曲面激波反射及复杂条件下的非定常规则反射到马赫反射转变。在柱状曲面激波反射研究中，基于可实现曲面激波冲击过程中壁面角保持不变的特殊曲面和扰动传播概念，首次理论预测了曲面激波环境中的三波点轨迹和扰动波面长度，阐释了曲面激波环境中激波反射现象的部分特征。在复杂条件下的非定常规则反射到马赫反射转变研究中，首次系统性地探讨了非定常RR→MR 转变的可能性，清晰地界定了不同可能性所对应的壁面形状，并通过流场分析阐释了非定常RR→MR 转变可由准定常准则预测的物理机理。
3、康林林，《可压缩流动基本过程分解耦合理论及其应用》：本报告基于纵横过程分解耦合的思想，主要针对粘性可压缩流动中气动力和物理声源辨识中面临的几个关键问题，提出基于全NS方程的诊断方案。首先，针对定常可压缩粘性绕流问题，提出基于定常涡力理论的气动力分解方案；其次，针对非定常物体绕流问题，将积分域必须包含全部涡量的经典冲量理论推广到包含最少涡结构的最小域形式. 将理论的适用范围从不可压缩非定常流动推广到可压缩非定常流动；最后，通过相关动力学方程的内在因果关系以及在张量框架下对运动学源项的浓缩，从两个层次上提出了新的纵场演化方程，澄清了纵场特征变量众多、源项不唯一的问题。
4、赵志晔，《可压缩瑞利—泰勒不稳定性及其湍流混合的研究》：瑞利—泰勒不稳定性为经典的流体动力学不稳定性之一，因在激光惯性约束聚变(ICF)、超新星爆发等过程中起重要作用而受到广泛重视。本报告研究了可压缩效应与汇聚几何效应对瑞利—泰勒不稳定性及其湍流混合的影响。基于动能输运与滤波动能方程，研究首次发现可压缩效应影响瑞利—泰勒湍流混合中能量的生成及尺度间的输运。基于理论分析，研究首次给出了任意Atwood数下二维柱几何瑞利—泰勒不稳定性非线性增长的解析模型，并提出柱几何效应影响下瑞利—泰勒不稳定性的非线性饱和状态呈现加速度饱和，且给出饱和加速度关于外加速度、Atwood数及扰动波数的表达式。
5、马印锴，《高马赫数来流条件下斜激波与流向涡对相互作用》：本报告针对高马赫数来流条件下，斜激波入射流向涡对形成的复杂流动干扰现象，采用数值模拟结合激波风洞实验，研究了斜激波与流向涡对相互作用引起的激波变形和旋涡演变。本工作首先将斜激波与流向涡对相互作用的剧烈程度大致分为强、中、弱三种。在强相互作用下，激波面向上游凸起的程度最剧烈，呈现类“T”字型特征，其对称面处接近于一道正激波，波后出现回流区和局部流动滞止，使得流向涡对发生破碎；在中等相互作用下，对称面处存在局部正激波，但没有出现回流区；在弱相互作用下，不再出现局部正激波。进一步地分析发现，斜激波与流向涡对相互作用产生的流向涡对破碎现象，不符合经典的激波作用下单个流向涡破碎理论的预测。本工作采用流向涡对对称面处的气流参数，对经典的流向涡破碎理论进行修正后，能够预测所研究流向涡对在斜激波作用下是否发生破碎，为掌握激波作用下流向涡对破碎现象的规律，提供了重要参考。
6、李海龙，《三维带有动态浸润的流固耦合算法研究及其应用》：蚊子和蜻蜓能从雨滴的撞击中逃生吗？蛇怪蜥蜴为何能在水面上奔跑？如何设计材料以操纵液滴运动？要回答这一类在自然界和工业生产中广泛存在的问题，需要深刻理解带有液滴和气泡的多相流动。数值模拟是一种行之有效的研究方法。本报告将介绍一种扩散界面-浸没边界算法，该算法可以模拟三维带有动态浸润、复杂几何边界和接触角迟滞的流固耦合问题。本报告首先介绍该算法的数值模型，然后通过一系列数值模拟验证该算法的准确性，最后将展示该算法的一些应用。
7、聂宝平，《高超声速来流下空腔流动特性研究》：空腔是飞行器中一种常见的结构，例如飞机的起落架舱、战机的内埋弹舱、发动机内部燃烧室等等，而空腔流动常常伴随着强烈的自激振荡，会对腔内结构甚至整个机体产生不利影响，因此针对空腔流动特性的研究受到广泛关注。气流在经过空腔时分离成剪切层，在开式空腔中，剪切层撞击空腔后缘壁面后，部分气流进入腔内与腔内流动耦合。与经典低马赫来流(Ma<3)下复杂的涡-固壁-声波耦合空腔流动不同，高超声速来流(Ma≥5)下，腔内流动受剪切层运动的影响较小，其自激振荡遵循闭式声学反馈。本报告针对Ma6来流下空腔的流动，结合实验与数值模拟方法，对其定常和非定常流动特性进行了研究。研究结果表明在高超声速来流下，空腔流动表现出明显的激波/剪切层振荡，腔内的大尺度涡结构随着空腔长深比的改变呈现出不同的运动特点，直接影响了空腔前缘壁面的压力分布；同时通过对实验测点压力信号进行功率谱分析和信号间的相关性分析，发现Ma6空腔流动自激振荡频率接近声学共振频率，腔内扰动的传播速度接近声速，且空腔内不同位置的功率谱分布存在显著差异。该研究深入探索了高超声速来流下空腔的流动振荡机制，对认识高超声速来流下的空腔流动特性具有重要意义。
8、吴长娥，《毛细管内润湿转换现象实验研究》：两种不混溶流体在毛细管中的驱替现象在自然和工业中起着重要作用（如水渗入土壤，喷墨打印，CPU冷却设备的微通道等）。我们实验研究了部分浸润（接触角≈90°）的方形毛细管中的气液润湿转换问题，尤其关注非轴对称性对流体动力学过程的影响。随着驱替速度的增加，依次出现三种典型的流动模态：（Ⅰ）恒定运动的弯月面形态；（Ⅱ）液丝脱落模态；（Ⅲ）液丝和液膜并存模态。在液丝脱落模态中，发现液丝以恒定速度自发回缩。在液丝液膜并存模态中，液膜最终闭合生成泰勒气泡，其截面随着毛细数的增加由非轴对称向轴对称过渡。我们提出了液膜厚度和毛细数的经验关系式，根据体积守恒得出气泡速度与驱替速度之间的关系，理论预测了气泡长度随驱替速度的变化，理论结果均与实验结果相符合。
9、宋家兴，《粘弹性Taylor-Couette湍流的直接数值模拟研究》：两个同轴旋转圆筒之间的剪切流动（Taylor-Couette流动）一直被作为研究牛顿和非牛顿流体动力学不稳定性、流态转化和湍流的经典流体力学系统。与平直流线构型下粘弹性湍流减阻不同，粘弹性TC湍流有显著的增阻作用。本报告采用直接数值模拟研究了不同半径比下粘弹性TC湍流的基本特征，基于推广的牛顿湍流角动量通量理论解释了粘弹性TC湍流增阻的机制及其曲率依赖性。对大半径比系统的研究发现，随着流体拉伸粘性的增强，流体弹性可以使牛顿湍流先逐渐层流化然后再失稳并转戾到弹性主导的湍流，修正后的纯弹性不稳定性判断准则可以准确预测在有惯性和剪切稀化情况下发生弹性失稳的临界条件。
10、张彭俊燚，《亚声速湍流射流的时空关联特性及波包模型研究》：不论是在工程应用还是基础研究中，射流都是一个经典的研究课题。我们采用大涡模拟的方法模拟了马赫数0.9的湍流射流，发现由于剪切和随机扫动的影响，泰勒冻结流模型在射流中难以准确预测时空关联函数，而椭圆模型可以取得更优的效果。然后为了构建射流噪声的波包模型，我们采用频率域内的本征正交分解(SPOD)方法提取了射流场中的大尺度相干结构，再基于线性抛物化稳定性方程(LPSE)预测了失稳波的演化，对比发现在大尺度结构破碎前两者符合较好，但LPSE模态缺乏了作为声源的重要信息。最后我们考察了非线性效应作用，发现相干性衰减是线性模型缺失的重要机制。
11、李明，《变几何机制下Richtmyer-Meshkov不稳定性的实验研究》：Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性是经典的流体动力学不稳定性之一，它在惯性约束核聚变(ICF)、超新星爆发、超声速燃烧等工程中均具有重要的应用。本报告分别研究了汇聚及扩张机制下单模界面的发展规律，揭示了不同的变几何效应对界面发展的影响。基于激波动力学，设计了一套新颖的汇聚-发散激波管，该激波管成功的消除了汇聚几何中反射激波的二次作用和RT效应对界面发展的影响且实现了稳定可控的发散激波的生成。通过理论分析，首次在实验中完成了对于汇聚RM不稳定性的非线性研究，发现了发散机制下非线性作用的减弱，揭示了发散机制对于单模界面发展的抑制机理。
12、明河，《移动接触线问题的边界元模拟算法和应用》：三相接触线是气液两相界面与固体表面的交界线，其在固壁表面的移动现象广泛存在于自然界、日常生活以及工业应用中，比如农药喷洒、提拉镀膜等，具有重要的研究价值。我们采用Navier滑移模型，发展了单相二维以及轴对称边界元算法。通过模拟轴对称液滴在平板上的回缩问题并与前人结果对比，验证了程序的可靠性。进一步实现了无量纲滑移长度为O(10-4)时液滴铺展问题的高效可靠计算。此外，还研究了气泡铺展早期阶段的动力学行为。结果表明，在气泡铺展早期阶段，固壁浸润性和滑移长度都对铺展过程起重要影响。另外，我们发现在接触线附近，界面会形成凸起结构。通过对凸起结构局部分析，我们得到了其体积与铺展半径之间的定量关系。
13、郭旭，《反射激波作用下重轻界面演化研究》：激波与界面相互作用引发的不稳定性常被称为Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性。RM不稳定性在跨尺度的科学和工程问题中都扮演着重要角色。如在惯性约束核聚变中，RM不稳定性起到负面作用，会导致点火失败。本报告从惯约点火过程中存在的反射激波、重轻界面和扰动形状出发，将介绍在激波管中开展的反射激波作用下重轻界面演化的相关实验进展。本报告主要包含两部分内容，一是介绍反射激波冲击前重轻和轻重界面演化的异同，二是关注反射激波冲击后重轻界面演化的结果。
14、徐光春，《具有分形多尺度粗糙效应的Rayleigh-Bénard湍流研究》：湍流热对流现象广泛存在于天体物理和电子系统的冷却中，其研究历史长达一百多年，而具有分形多尺度粗糙效应的Rayleigh-Bénard(RB)对流与自然界中真实对流情况更加接近。本文在宽Ra数范围内，采用直接数值模拟方法对该系统进行研究，本研究从系统的动量与热量输运、流动结构和羽流统计特性出发，介绍了Nu~Ra数变化与近壁面流动结构的关系、临界Ra数与热耗散率随着多尺度粗糙边界的变化，重点研究了粗糙壁面对大尺度环流（LSC）的影响，从羽流统计的角度解释了大尺度环流结构消失的原因。
15、王子敬，《伴有凝结的气固相互作用研究》：气体与固体表面的相互作用是许多物理问题的基础，例如壁面流动的边界条件、异质凝结和晶体生长。不同于著名的边界层理论，对于稀薄气体流动或微尺度流动，壁面的非平衡效应变得非常重要，比如边界层和壁面之间存在着Knudsen层和Molecular层。 鉴于他们的空间尺度，其本质的研究需要从分子层面入手，进而深化人们对稀薄气体流动的理解。借助GPU并行技术和机器学习算法，我们建立了研究气固相互作用的数值方法，并对有凝结情况的相互作用进行了深入研究。
（近代力学系）
