2021年6月7日，由工程科学学院主办，近代力学系司廷教授主持的“2021春季学期流体力学研究生学术报告会”圆满结束。
为了建立同学们之间相互认识、相互了解、相互学习的学术交流平台，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，经中国科大流体力学基金委创新研究群体的各位老师讨论通过，2017年9月起特设立“流体力学研究生学术报告会”。报告内容涵盖了学术进展报告、文献综述和经验分享。经各实验室导师推荐和自主报名，本学期共由1名特任副研究员、1名博士后和14名高年级硕士、博士带来了16场精彩的学术报告会，吸引了来自工程科学学院、核科学技术学院、稀土研究院、合肥物质研究院等众多研究生参加。
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”。本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。通过本报告会的互动交流，同学们掌握了学科领域基础知识，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。
本报告会受到我校研究生创新计划、国家基金委创新研究群体资助，下学年将继续举办，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、穆恺，报告题目《流动聚焦界面流动及不稳定性研究》，流动聚焦为一种制备微米尺度液滴、气泡及胶囊的毛细流动方法，在材料学、制药学等领域具有重要应用。流动聚焦中多相流体及多层界面的存在使得其界面失稳及耦合规律极为复杂，也为有效调控界面破碎形成液滴提出了挑战。报告结合实验、数值模拟和理论分析方法，探究单轴和同轴流动聚焦中锥形-射流的界面流动及不稳定性问题。在单轴流动聚焦中，探究了控制参数对锥形稳定性及流场的影响规律，获得了多种界面破碎模式，探讨了模式转换的临界条件；对于同轴流动聚焦，重点关注了射流破碎时两层界面的耦合作用，提出了不同耦合状态下的简化理论模型；通过对流体流量施加外部主动激励，有效调控了单层及同轴射流的失稳破碎，掌握了激励频率及振幅等参数的影响规律，提出了可控粒径、产率及几何结构微液滴的制备方法。这些研究成果不仅有助于揭示复杂界面流动的物理规律及不稳定性机理，也可以为流动聚焦实际应用提供理论与技术指导。
2、张飞，报告题目《基于边界元的模态分析方法：平板大液滴振动问题》，液滴振动现象不仅在自然界中广泛存在，在工业生产中也具有重要应用，振动模态是研究振动问题的基础和关键。本工作基于边界元法发展了受限液滴的模态分析方法，通过实验和理论结果，验证了模型的准确性。相比于传统模态分析方法，该方法不依赖于液滴基态形状和壁面形状，不仅能对任意力场下曲壁面上具有复杂几何形状的液滴进行振动模态分析，也可以为其他毛细构型振动问题提供新的理论模型（例如液桥和复合液滴的振动问题），有望发展成为毛细界面振动模态分析的通用方法。
3、王文江，报告题目《变刚度柔性体自主推进特性的流固耦合数值研究》，生物的自主推进运动是一个典型的流固耦合问题，蕴含了复杂的流体力学机制。本章主要研究了特定形状设计和柔性分布组合对拍动板自主推进性能的影响规律。理论分析得出任意刚度分布和平面形状参数的柔性板有效弯曲刚度，合理地刻画了不同形状的非均匀板整体抗弯刚度特性。发现了拍动板的推进速度和效率主要取决于有效弯曲刚度，即拍动板展向中截面上后缘相对于前缘的最大横向位移差。同时，增大面积矩和前端柔性可显著增大板的弯曲能，并影响拍动推进的动力学特征，提高板的推进性能。分析了特定参数下板近场和上下表面的压力分布以及典型尾迹涡的形态演化，揭示了刚度分布和形状参数如何改变板上各部分的变形和前缘、侧缘及尾缘涡的相对强弱，进而得出与拍动板局部弦向变形、法向力之间的关系。这些结果对柔性体推进系统的优化设计具有指导意义。
4、乔然，报告题目《同轴热射流线性不稳定性理论研究》，同轴射流结构在火箭发动机燃料喷注、纤维制备等存在温度梯度的实际工程应用中广泛存在，因而研究流场与热场耦合作用下同轴射流的破碎过程具有重要的现实意义。本研究采用线性不稳定性分析方法，通过构建扰动的线性发展方程，并采用正则模方法将定解问题转化为广义特征值问题，得到了扰动在时间与时空域内发展的色散关系。通过求解色散关系与能量收支方程，定量分析了主要控制参数对扰动发展的影响以及界面热应力对扰动动能的贡献。本研究不仅有助于理解温度梯度下的射流不稳定性机制，也可对工业实际应用提供理论指导。
5、姜知武，报告题目《蒸发液滴之间的平方反比作用力》，1687年，牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中提出了万有引力定律，加上库伦于1785年提出的库伦定律，这两大平方反比定律构建了物理学的基础，同时引发了一场持续至今的讨论，“为什么大自然偏爱平方反比定律”？在流体力学领域，我们发现，带有蒸发效应的二元液滴之间也存在平方反比作用力，进一步的推广论证表明，平方反比作用力广泛存在于液滴的蒸发驱动问题中。因此，我们的研究可能会为回答“为什么大自然偏爱平方反比定律”带来新的见解，同时也会为理论物理的发展提供了一个有价值的理论模型。
6、王奔，报告题目《快速旋转球环中可压缩对流的不稳定性研究》，旋转球环中的热对流是模拟对流现象的典型模型，在地球物理和天体物理中有广泛应用。本文基于完全可压缩的NS 方程，通过线性稳定性分析研究了半径比η对快速旋转球环中可压缩流体失稳的影响，并且通过线化扰动方程和Reynolds-Orr方程分析了不同模态的不稳定机制。失稳模态主要有三种：柱状模态、惯性模态和可压缩准地转模态。临界瑞利数和临界波数随着半径比增大而增加；在可压缩准地转模态中，连续方程中扰动密度的时间导数项和能量方程中扰动温度的扩散项是非常关键的，而在柱状模态和惯性模态中可以忽略。基于Reynolds-Orr方程，我们发现扰动压力在可压缩准地转模态中做净负功在柱状模态下做的是净正功。这表明，在可压缩准地转模态下，扰动压力会使流动趋于稳定，而在柱状模态下，扰动压力会使流动趋于不稳定。
7、吴涛，报告题目《SLIPS小球入水空腔行为研究》，在固体表面形成一个稳定的气体空腔，用可滑移的气-液界面替代原本无滑移的固-液界面，可以实现液体中减阻、节能等目的。前人工作大多通过降低固体表面能或者利用莱登弗罗斯特效应来提高入水后产生空腔的稳定性。我们这里汇报一种产生稳定空腔的全新方法：将固体表面修饰成SLIPS表面，即对固体表面微结构化并注入液体形成具有稳定的润滑层。初步实验表明，相对于疏水小球，SLIPS小球更易在水中形成稳定空腔，同时具有较好的减阻效果。通过理论分析和实验验证，我们揭示了其中的物理机制，即SLIPS表面润滑油的粘度远大于空气从而影响了液膜早期铺展的动力学过程。
8、侯自豪，报告题目《真空管道列车气动力/热特性研究》，人类出行方式由单一逐渐繁多、由费时费力逐渐快捷方便。工业革命的“科技飓风”带来了高铁、磁悬浮等高科技产物，彻底提高了人们的生活质量。真空管道列车是一种新型的地面高速交通系统。该系统将磁浮推进技术与真空管道技术相结合，以大幅降低列车在运行中的机械阻力和气动阻力，使得高亚音速(600 km/h以上)乃至超音速的地面交通成为可能。在这种约束空间中高速运行的列车相比明线运行面临着更复杂的气动环境。已有研究大多关注列车邻域的局部流动细节，为避免盲人摸象的思维误区，本研究另辟蹊径，着眼于工程中的科学问题，从全局和局部两个视角出发，依托理论、数值模拟和试验研究方法，对管道列车运行的流动现象和相关气动特征进行了研究，为管道列车的设计提供了理论基础。古代“进京赶考，三月未达”已成历史，如今“进京办事，朝发夕至”。真空管道列车的“科技狂想”正在从研究论证走向工程实际，若干年后，磁悬浮、真空管道列车也许会和现在的普通列车、高铁一样普遍和适用。
9、李坚明，报告题目《柱形汇聚激波冲击扰动气层的实验研究》，当两种物理性质不同的流体之间分界面受到运动激波冲击后，界面上任意初始小扰动都会不断增长，并逐渐进入湍流混合的状态，这中不稳定性现象被称为Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性。RM不稳定性的研究对于界面不稳定性、旋涡动力学和可压缩湍流等学术问题有着重要的意义，且工程应用领域也较为广泛，即包括大尺度的超新星爆发，也包括小尺度的惯性约束核聚变。近年来，激波诱导的RM不稳定性得到了国内外学者的广泛关注，主要集中在平面激波方面；受到物理机理复杂和汇聚激波生成困难等因素限制，有关汇聚激波诱导RM不稳定性的研究进展较少。在汇聚情况下，界面向心运动时由于几何收缩造成的Bell-Plesset（BP）效应以及界面减速带来的Rayleigh-Taylor（RT）效应会持续影响界面扰动振幅的增长。激波汇聚中心形成的反射激波会再次作用界面，加剧界面的RM不稳定性演化。本文利用肥皂液成膜技术，生成了具有不同初始条件的扰动气层，在自行研制的半环形汇聚激波管中进行了一系列实验，并使用高速纹影法拍摄激波和界面的演化过程，研究了柱形空间中，几何收缩效应、RT效应等对双层界面失稳的影响机制。通过本项研究，将有效增强对汇聚激波诱导的RM不稳定性的物理规律和机理的理解。
10、朱亚标，报告题目《粘弹性展向旋转平板Couette湍流的直接数值模拟研究》，流体弹性和系统旋转是工业流动中广泛存在的重要因素，两者耦合作用下的壁湍流是非线性和复杂流动研究领域的基础科学问题。本报告以展向旋转平板Couette流动(RPCF)为基本几何构型，通过直接数值模拟结合理论分析，开展弹性和旋转效应耦合作用下的壁湍流转捩和流动机理研究。结果表明，在特征旋转数下，逐步增强弹性效应可导致层流化，湍流逆转捩为含二维定常大尺度流向涡的层流，小尺度湍流涡被完全消除，此过程伴随着显著增阻，突破传统层流化减阻的认知；而在低弹性下，逐步增强旋转效应可导致流动从减阻转捩至增阻，其阻力变化机制是弹性诱导的减阻效应和增阻效应之间的内在竞争，其中减阻效应机制具有重要的普适意义，即较低的聚合物弹性总是趋于抑制湍流运动。此外，弹性与强旋转耦合作用生成的弹性主导的湍流，为探索粘弹性平行剪切流中弹性湍流结构开辟了新路径。
11、孙瑞，报告题目《汇聚激波诱导下的界面不稳定性实验研究》，Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性是一类由激波冲击加速具有初始扰动流体分界面引起的不稳定性现象，开展相关的基础研究具有重要的实际意义。目前有关平面RM不稳定性的研究较为充分，理论体系较为完整，但由于实验难度大和演化机制复杂，汇聚激波诱导的RM不稳定性研究进展缓慢。然而在实际应用中，如惯性约束核聚变，外层烧蚀材料受激光照射后会产生一道向内运动的球形汇聚激波，该激波在向内运动的过程中依次穿过靶丸内部的多层物质界面，形成复杂的物理现象，在这个过程中RM不稳定性会加剧内层燃料和壳体材料的混合，降低燃烧效益，甚至会导致核聚变“点火”失败，因此研究汇聚 RMI 问题极具价值。RM 不稳定性实验研究包括 3 个部分：激波的产生、界面的形成以及流场的观测，综述了 RM 不稳定性目前的实验研究进展, 并对今后实验研究的方向进行展望。
12、闫鸿基，报告题目《基于连续力学和分子动力学的异构多尺度算法研究》，多尺度问题在流体力学领域广泛存在，不同尺度的流动问题需采用不同的模拟方法，处理同时包含宏-微观特征尺度的流动问题仍是一个挑战性难题。传统的流体NS方程求解需要边界条件和本构方程封闭，对于聚合物这种同时包含宏-微观特征的非牛顿流体，实际中构建通用性强且数值求解稳定的本构方程仍然是个难题。本报告基于嵌入式空间多尺度的思想，利用宏观NS方程与微观分子动力学相耦合，实现了对未知本构的聚合物流体的数值模拟，并进行了槽道内聚合物溶液流动特性分析；另与区域分解空间多尺度算法相结合，研究了聚合物熔体的界面滑移特性，发现了
同固液作用下的两种滑移模式，并解释了相关机制。
13、常向廷，报告题目《各向异性表面微通道内接触角迟滞的理论和数值研究》，润湿现象无论在日常生活还是工业应用中都广泛存在。接触角迟滞是认识和理解润湿现象的关键问题之一。尽管对接触角迟滞的研究由来已久，但对它的定量理解仍然非常有限。我们基于理论分析和格子Boltzmann 数值模拟，以各向异性微通道作为研究对象，对准静态情况下接触角迟滞的尺寸依赖性和相关的标度律进行了研究。结果表明，系统的平衡配置数目随通道宽度线性增加。平均的最稳定接触角不依赖于通道宽度，并始终等于Cassie 角。进一步地，当通道宽度较小时，接触角迟滞由单一缺陷主导，而当通道宽度大于某一临界值，迟滞由集体效应主导。基于图形化的力平衡模型，分析了临界通道宽度值与背景接触角和缺陷强度的关系，并建立了两种迟滞模式下，迟滞量与通道宽度和缺陷强度的标度关系。本研究有望对润湿现象的理解和功能化表面的设计提供理论指导和帮助。
14、朱智成，报告题目《复杂管道中气泡的动力学研究》，气泡与复杂管道间的相互作用现象有着十分广泛的工业应用，如石油开采、微流动控制和化工产品制备等。其中，由于管道大小和倾角变化变化引起的气泡流动改变涉及界面流动、多相不混溶流动、接触线的产生和移动、气泡变形等复杂流动结构和现象。数值模拟研究这类问题的难点在于如何精确地构建气泡与管道和精准的实现接触角、接触角迟滞以及移动接触线。本文通过DIIB方法模拟了带有接触线的气泡在倾斜管道中的运动过程，探究了气泡尺寸、管道倾角和壁面浸润性对气泡的变形和流动的影响，通过分析气泡在运动中的受力情况和动力学过程，考察了浮力、粘性力和表面张力对气泡形状和运动的主导机制，发现了气泡在运动方向和垂直壁面方向上的受力差异导致了气泡展现出不同的变形状态和运动规律。本文通过定量分析得到了气泡的形状变化与润湿性、气泡大小和管道倾角之间的关系，推导了气泡在管道中滑动的收尾速度尺度律关系，并与数值模拟结果吻合良好，揭示了接触角和接触角迟滞对气泡运动中的影响。
15、王军，报告题目《V字形钝化前缘激波干扰研究》，针对高超声速进气道V字形溢流口处极易形成复杂激波干扰，并产生严酷气动热/力载荷的问题，对近年来提炼模化出的V字形钝化前缘及其相关研究的进展情况，进行了梳理和总结。回顾了V字形钝化前缘模型的提出过程，介绍了其几何及流动的主要特点，分析了V字形钝化前缘的激波干扰类型、气动热/力载荷以及激波振荡特性，探讨了降低局部极高气动热/力载荷并抑制激波振荡的优化设计方案，并对未来的研究方向进行了展望，以期促进对V字形钝化前缘激波干扰现象的深入理解。
16、季雨，报告题目《高光强驱动的大空间尺度激光等离子体相互作用研究》，受控核聚变被认为是人类未来有效的能源解决方案之一。惯性约束聚变（ICF）目前是期待达到受控聚变的主要途径之一，它主要是通过高功率激光辐照靶丸，激光通过烧蚀外部燃料层，向内压缩氘氚燃料，燃料聚心形成中心热斑，完成中心点火，通过alpha自加热效应持续燃烧外部低温燃料。在这个方案中，激光等离子体相互作用（LPI）被认为制约点火成功的重要因素之一。LPI主要包括受激拉曼散射（SRS），受激布里渊散射（SBS）等，这些过程一方面大大增加激光在传播过程的能量损耗；另一方面，它可以产生能量极高的超热电子，提前加热燃料，导致点火失败。所以如何正确认识并抑制在点火环境下的激光等离子体相互作用是目前研究工作的重点和难点。本报告通过研究在靶丸冕区参数条件下高光强LPI的非线性效应，评估高光强LPI对于点火的影响。通过一维模拟，我们发现高光强驱动的SRS存在明显的级联散射的对流放大效应，这可能造成实验诊断对于不稳定性的低估，并且沿途产生的大量热电子存在预加热风险。此外，在高维模拟中，在低密度区域由于朗道阻尼比较强，高光强激光会激发起一些增长角度“反常”SRS过程，这会改变激光的传播路径，增加点火的不确定性。
