2017-09-06
第93期 湍流动力与颗粒运动
【主讲人简介】
及春宁，男，教授，博导。1978年10月生人，欧盟“居里夫人”学者，中国水运建设行业协会理事，国际水利与环境工程学会会员，中国力学学会高级会员，天津大学侨联、留联委员，建工学院港口系副主任。主要从事流固耦合、泥沙输运、涡激振动、海流能利用、计算流体力学、湍流数值模拟等方面的研究。近年来，发表论文60余篇，其中SCI收录论文17篇，EI收录论文22篇。SCI他引百余次，单篇最高SCI他引51次。获国家专利8项。作为项目负责人承担了欧盟第七框架计划项目（国际合作） 1项， 国家自然科学基金3项，省部级基金3项，校级科研基金2项。
9月15日中午，第93期青椒学术沙龙在北洋园校区郑东图书馆四层日新书斋举办。建筑工程学院及春宁教授带来题为《湍流动力与颗粒运动》的讲座，本次沙龙吸引了来自各单位的30余名青年教师和学生参加。
湍流作为牛顿经典力学体系里的最后一个难题，一直挑战着人类智慧的极限。相传，量子力学开创者之一海森堡曾说他要带着两个问题去见上帝：广义相对论和湍流。美国著名科学家费曼将湍流称为“经典物理学中最后一个尚未解决的重大难题。2005 年，国际顶级学术杂志《科学》(SCIENCE)在庆祝其创刊125 周年之际，公布了125个最前沿的科学问题，其中第43个问题为：‘能否发展关于湍流动力学和颗粒运动学的普适理论？’。
及春宁教授从湍流的基本特征和拟序结构入手，由浅入深地介绍了湍流动力作用和离散颗粒运动之间的相互作用，以及现象背后的深奥的科学规律。报告介绍了及春宁教授研究团队近年来采用大规模并行计算技术开展的湍流边界层中离散颗粒输运的数值模拟研究，从三个方面回答了湍流动力作用和离散颗粒运动之间复杂的耦合机理。
问题1：什么是离散颗粒起动的驱动力？
及春宁指出：以往的研究多是将离散颗粒的受力与时均流速相联系。然而，最近的研究结果表明，颗粒的受力及其起动过程与湍流的拟序结构密切相关。也就是说脉动的流速才是导致颗粒‘搬家’的原因。这个结论对于提出更精确、更普适的理论模型具有明显的指导意义。
问题2：离散颗粒与湍流拟序结构如何相互作用？
及春宁通过一个简单的数值模拟结果，向师生们展示了离散颗粒在湍流边界层中表现出来的‘条带’结构。及老师解释说，这个颗粒条带结构与湍流边界层中普遍存在的‘发卡涡’结构密切相关，并亲自演示了‘发卡涡’是如何把离散颗粒聚拢成一个条带的过程。
问题3：离散颗粒的群体特性？
及春宁通过算例演示了湍流边界层中沙纹的产生、发展和成熟的过程及对湍流动的影响，分析了沙纹长度、高度、输沙率、沙纹形状阻力等在沙纹生长过程中的变化，并对沙纹演变和湍流边界层流动之间的作用机理进行了深入的剖析。
报告的最后，及春宁回到哪个悬而未决的问题：“能否发展关于湍流动力学和颗粒运动学的普适理论？”，并鼓励青年教师和同学们对这个问题进行探索和研究。讲座完毕，及春宁与感兴趣的师生进行了互动交流。
【现场照片】
