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Jimenez教授和夏克清教授来我课题组交流

    20181015日上午,马德里科技大学航空系Jimenez教授来访,做了题为The turbulence cascade in time and space”的学术报告,下午同课题组进行了学术交流。

         

Javier Jimenez教授是西班牙科学院和工程院双院士、斯坦福大学湍流研究中心客座教授,在湍流的理论研究和数值模拟、以及CFD数值算法等方面享有盛誉。 

南方科技大学夏克清教授是湍流热对流领域权威,1019日下午做了题目为“热对流研究及其在地球物理及工程问题中的应用的讲座,随后同我课题组进行了学术交流。

   



徐辉博士及HokpunnaRojanaratanangkule博士来我课题组交流

201819日,英国帝国理工的徐辉博士来课题组交流。

                    

114-18号,泰国清迈大学的Hokpunna博士和Rojanaratanangkule博士来课题组短期交流,并就如下问题进行了讨论:Immersed boundary method, high-order method, roughness effect on the separation and transition, instabilities of vortex pairs.


磁流体不稳定性工作在Physical Review E作为Kaleidoscope介绍

             

 



工学院力学与工程科学系陶建军课题组在沙尘暴研究上取得新进展
日期: 2017-07-04  信息来源: 工学院

    Physics of Fluids最近以Letter形式刊发了工学院力学与工程科学系、湍流与复杂系统国家重点实验室陶建军课题组与兰州大学西部灾害与环境教育部重点实验室郑晓静院士的合作研究论文“Very large scale motions and PM10 concentration in a high-Re Boundary layer” (29:061701,2017), 报道了他们在沙尘暴研究上取得的最新成果。

    

       沙尘暴(左图)和位于甘肃省民勤地区的青土湖观测阵列(QLOA)(右图)


    沙尘暴不但对大气能见度有很大影响,其携带的可吸入颗粒物(粒径在10微米以下的颗粒物,又称PM10)也严重危害人们的健康。风沙湍流边界层研究的挑战性首先在于其极高的雷诺数,以至于目前仍无法通过实验和数值模拟来完全复现,再就是其跨尺度特性和多相流特性,人们需研究高达几百米的大气表面层与微米量级的颗粒之间的相互作用。

    联合小组通过分析在QLOA同步测量所得的沙尘暴过程中的风速和PM10粉尘浓度数据,得到如下结果:1、大气边界层中的低速超大尺度结构(VLSM)间歇出现的特征频率对应于流向功率谱的峰值频率,且低速VLSM对PM10粉尘浓度的流向分布有重要影响。2、超大尺度结构常常包含一个或几个准周期过程,每一个准周期由一个高的流向速度半周期和一个高的垂向速度半周期组成(如图2d)。由于近地表处的强剪切决定着起沙过程,流向脉动速度u同PM10浓度脉动c存在着很强的正相关性,见图2(a)。3、在边界层的对数区内,低速超大尺度结构因较弱的地表剪切导致较小的垂向PM10输运。高速VLSM对垂向PM10输运的强化基于两个方面:如图2(d)所示,在高流向速度半周期因较强的地表剪切会导致颗粒浓度较高,而高的垂向速度半周期则直接强化了颗粒的垂向被动输运。

带通滤波(0.001Hz~0.03Hz)后的流向速度脉动u与PM10浓度脉动c的相关系数(a)、u与垂向脉动速度w的相关系数(b)和c与w的相关系数(c)。(d)为高速和低速超大尺度结构时间演化概念图,棕色阴影代表PM10浓度。

    测量数据以及以往的湍流边界层实验和数值模拟结果均显示流向脉动速度u和垂向脉动速度w存在负相关性(图2b),这导致了一个初看令人意外的有趣的c-w相关性转换现象:如图2(c)所示,在边界层近地表的对数区内由于c-u的正相关性c-w表现为负相关,而在对数区外基于颗粒的被动输运本质c-w转变为正相关。

    论文第一作者为北京大学力学与工程科学系博士后王国华博士。该项目得到国家自然科学基金重大项目和国家杰出青年科学基金的资助。


http://pkunews.pku.edu.cn/xxfz/2017-07/04/content_298548.htm



Bodenschatz教授和Floryan教授来我课题组交流


    20161125日上午,德国马普动力学与自组织研究所主任Bodenschatz教授、清华大学燃烧中心徐海涛教授、孙超教授来课题组交流。


            


    1125日下午,加拿大西安大略大学机械与材料工程系Floryan教授(ICTAM2016 大会主席)来课题组交流。



课题组谢晨月、陆建州、罗东和肖越同学将参加在蒙特利尔举行的国际力学家大会(ICTAM2016)并报告最新科研进展



 





 


 


 

 

 

工学院力学与工程科学系陶建军课题组关于槽流亚临界转捩的研究取得新进展
日期: 2015-04-13  信息来源: 工学院

    Physics of Fluids最近刊发了工学院力学与工程科学系、湍流与复杂系统国家重点实验室陶建军课题组的论文“Turbulent bands in plane-Poiseuille flow at moderate Reynolds numbers”(27,0417022,2015),报道了他们在槽流亚临界转捩研究上取得的最新成果。

    流动的层流态与湍流态的动量、能量输运特性有很大差别。人们至今仍难以准确预测粘性剪切流从层流向湍流亚临界转捩的位置和临界参数,其中的主要困难在于该转捩过程对外部有限幅值扰动有很强的依赖性。这种不确定性给人们的航行器、发动机及化学反应器的优化设计造成了障碍。存在亚临界转捩的一种典型流动模型是plane-Poiseuille流(PPF),即两平行平板间的压力驱动流。

    早在1928年DaviesWhite[1]就对槽流(PPF)的摩擦阻力系数进行了系统的实验测量,但八十多年过去了,人们对其转捩机制的认识仍是非常不充分的,原因主要有以下两方面。首先,为避免展向边界的影响以及研究扰动流向演化的需要,流场的展向和流向尺度都要很大,这对流场的测量技术和数值模拟的规模均提出了很高的要求;其次,早期的流动显示实验发现局部扰动(如吹吸)可以在雷诺数Re大于1000时产生湍斑(spot)。受此影响,随后的研究多聚焦在较高雷诺数(Re>1000)时的湍斑上,从而忽略了一个关键问题:人工(吹吸)扰动并不是激发转捩最有效的扰动形式。

    陶建军课题组与瑞典KTHLinné流体中心合作,对压力驱动槽流的转捩过程在大计算域上进行了系统的数值模拟。计算在国家天津超算中心的天河-1(A)上进行。经过近三年的努力,得到如下结果。


图1.(a)扰动流场的动能演化;(b)湍流带的断裂(c)湍流带的倾斜伸长。插图是作为初始扰动的湍流带“种子”。图中显示了法向速度的等值线以及平均场在x-z面内的矢量图。


(1)槽流亚临界转捩过程的特征结构不是湍斑而是斜的湍流带,其中心处为小尺度涡结构,外面围以大尺度的环流。湍斑要么衰减掉要么演变为湍流带,因此其寿命比湍流带小得多。湍流带的统计特性,如流向长度、展向长度、对流速度、倾角与初始扰动无关,而且是流场自发选择的相干结构,因而是最有效的扰动形式。

(2)用短小的湍流带作初始扰动的数值模拟发现,当Re<660时,湍流带经过瞬时的增长后会断裂、衰减掉;而当Re≥665且没有与其他局部相干结构(如湍斑)相互作用时,湍流带可以一直倾斜伸长(图1c)。该现象解释了DaviesWhite的一个实验结果:他们测得的摩阻系数在Re>667后开始逐渐偏离层流解。

(3)包含多条湍流带的多组数值实验数据的统计分析发现,湍流带之间的相互作用可导致其断裂、衰减,即使在Re=930时仍可能使流场再层流化。流态戏剧性的转变归功于一种新的湍流扩展机制-湍流带分裂(band split)的出现。随着雷诺数的增加,尽管湍流带的断裂仍时有发生,但越来越频繁的湍流带分裂带来了越来越多的子湍流带。在Re大于1000后,局部湍流的两种扩展机制(倾斜伸长和分裂)终于在同衰减机制(分裂)的竞争中占优,从而获得了真正能自维持的局部湍流。


图2. 相同的湍流带在不同雷诺数时的时空演化。红圈标识出了湍流带分裂(band split)的位置。

    这部分结果在Physics of Fluids作为Letter发表[2],第一作者为力学系博士生熊向明,合作者包括陈十一教授和KTHBrandt教授。该项目得到国家杰出青年基金和基金委创新研究群体的资助。亚临界转捩后期的成果目前整理待投。

http://pkunews.pku.edu.cn/xwzh/2015-04/13/content_288188.htm



课题组赵玉荣博士的论文图片在Physical Review E作为Kaleidoscope介绍


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课题组包艳博士的论文在Physics of Fluids作为封面论文发表


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