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高雷诺数湍流国际研讨会纪要

发布日期:2016-10-27 发布来源:

2016105-9日,由兰州大学、国家自然科学基金委和中国力学学会流体力学专业委员会主办,兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室承办的“高雷诺数湍流国际研讨会”(International Workshop on High Reynolds Number Turbulence)在兰州大学召开。

本次会议由中国科学院院士、发展中国家科学院院士、西安电子科技大学校长郑晓静教授和澳大利亚科学院院士、澳大利亚墨本大学Ivan Marusic教授共同担任主席。会议特别邀请了美国物理学会首届Stanley Corrsin奖以及美国航空航天学会(AIAACole奖获得者、智利科学院外籍院士、约翰霍普金斯大学Charles Meneveau教授,European Research Council Advanced Grantee获得者、西班牙两院院士、马德里理工大学Javier Jiménez教授,美国宇航局杰出科学成就奖章获得者、德克萨斯州大学奥斯汀分校Robert Moser教授,韩国科学技术学院Hyung Jin Sung教授,意大利罗马大学Paolo Orlandi教授,及北京大学佘振苏教授和陶建军教授、北京航空航天大学王晋军教授、清华大学许春晓教授等18位国、内外多家高校和研究机构的著名学者参会。此外,来自法国里尔力学实验室、英国伦敦国王学院、澳大利亚墨尔本大学、日本冲绳科技研究院和北京大学、清华大学、北京航空航天大学、西安电子科技大学、兰州大学、华中科技大学等院校和科研机构的50余位师生一同参与了本次研讨会。国家自然科学基金委数学物理科学部副主任孟庆国研究员、项目处张攀峰教授以及兰州大学副校长潘保田教授也一并出席了研讨会。

高雷诺数壁湍流、颗粒与湍流相互作用等均为流体力学领域的热点研究方向。风沙流与沙尘暴是大气表面层高雷诺数湍流与颗粒物质相互作用的结果。深入认识风沙流/沙尘暴特性和演化过程,实现对风沙灾害的准确预报和科学防治,必须深刻认识大气表面层高雷诺数湍流的特征和沙粒-湍流的相互作用机理。基于前期在湍流与风沙研究方面工作基础,西安电子科技大学、北京航空航天大学、兰州大学、清华大学和北京大学于2015年共同申请了国家自然科学基金重大项目“风沙环境下高雷诺数湍流结构及其演化机理研究”并以全票通过成功获得立项批准。该项目以风沙环境力学为切入点,关注目前已知地球环境中最高雷诺数的大气表面层中湍流与颗粒物质的相互作用,旨在研究高雷诺数壁湍流的统计、结构特性和雷诺数效应,并最终建立计及高雷诺数效应的风沙运动模型,为沙尘暴的准确预测和有效防治提供理论支撑。目前,在该项目支持下建立了甘肃民勤大气湍流与沙尘暴野外观测站,最新研究结果受到了国际同行的关注。举办研讨会的目的是通过与国际、国内同行进行交流,吸收各种不同的意见和建议,学习、消化先进的研究方法,进一步提升科研水平,提高我国在相关研究领域的国际影响力。

本次论坛的主要议题为“高雷诺数湍流以及颗粒-湍流相互作用”,共设置三个分议题:(1)高雷诺数湍流边界层实验与观测(2)高雷诺数湍流统计性质与结构形态演化(3)湍流、颗粒相互作用。研讨会共18场报告,内容从世界上最高雷诺数的槽道湍流直接数值模拟到最大规模的风沙流/沙尘暴湍流特性的观测研究,涉及粗糙/光滑壁湍流实验观测与数值模拟、高雷诺数壁湍流直接数值模拟与机理分析、高雷诺数湍流理论模型与大涡模拟新方法、湍流多尺度模态分解新方法、颗粒与湍流相互作用的实验与模拟等热点研究领域。

郑晓静院士做了题为“Measurements and data analysis based on Qingtu Lake Observation Array Site (QLOA)”的精彩报告,展示了在甘肃民勤青土湖地区建立的高雷诺数湍流与沙尘暴观测站,介绍了对雷诺数高达106的净风及含沙流场风速、沙尘浓度及电场的观测数据,以及基于观测数据获得的对大尺度湍流结构(VLSMs)和近壁面沙尘输运特征的最新进展;Ivan Marusic教授做了题为“High Reynolds number rough-wall turbulence”的报告,介绍了在光滑壁面及沙质粗糙壁面湍流性质比较的风洞实验,以及不同实验方法的影响;澳大利亚墨尔本大学的Nicholas Hutchins教授基于现有实验室与大气边界层观测数据对湍流大尺度结构的相关特征进行了系统评述;兰州大学的韩国文博士基于QLOA流向测量数据讨论了泰勒冻结假定在大气边界层的适用性及其修正方法。

Javier Jiménez教授作了题为“The turbulent/nonturbulent interface of forced and unforced boundary layers”的报告,介绍了中等雷诺数(Reθ=6600)湍流边界层的数值模拟以及由此得到的大尺度结构,并讨论了边界层湍流/非湍流界面定义方法和结构特征;德克萨斯州大学奥斯汀分校Robert Moser教授和韩国科学技术学院的Hyung Jin Sung教授分别基于Reτ = 52001000槽道与湍流边界层的直接数值模拟结果详细讨论了湍流结构的内外区相互作用;意大利罗马大学Sergio Pirozzoli介绍了不稳定热层结槽道湍流数值模拟结果;墨尔本大学Daniel Chung介绍了具有展向不均匀粗糙度的槽道湍流中的自相似性;法国里尔力学实验室的Jean ­Philippe Laval研究员介绍了高雷诺数湍流边界层和管道流动中间层的流向湍流强度的新结果;清华大学许春晓教授作了题为“Off-wall boundary conditions for large-eddy simulation and turbulent flow over a wall undergoing travelling-wave motion”,介绍了利用最小槽道模拟的近壁小尺度速度脉动与外区大尺度信号共同预测全尺寸槽道近壁速度脉动并构建大涡模拟近壁模型的方法,同时讨论了波形壁湍流中的大尺度结构。

意大利罗马大学Paolo Orlandi教授探讨了利用垂向雷诺应力作为判定光滑与粗糙壁面湍流的判据、推导对数区速度廓线表达式的可能性,据此提出新穆迪图,可用于预测高雷诺数粗糙壁流动壁面摩擦系数;Charles Meneveau教授做了题为“Integral wall-model for Large Eddy Simulations and analytical roughness models for turbulent flows over rough surfaces at high Reynolds numbers”的报告,回顾了大涡模拟的积分壁模型(iWMLES)在高雷诺数粗糙壁湍流模拟中的应用,介绍了具有矩形粗糙元阵列的壁湍流中有效拖曳力的全解析模型;北京大学佘振苏教授做了题为“SED studies of atmospheric surface layer”的报告,介绍了结构系综动力(SED)理论以及基于此理论对民勤青土湖观测站的高雷诺数大气边界层测量数据所做的分析;北京航空航天大学王晋军教授和潘翀副教授介绍了他们给出的用于描述湍流边界层多尺度结构的模态分解方法。

清华大学徐海涛教授着重讨论了惯性重颗粒的动力学行为、浓度分布以及相对速度等;英国伦敦国王学院Andreas Bass教授作了题为“The Impact of Turbulence on Wind-Driven Sand Transport in Earth Surface Boundary Layers”的报告,讨论边界层湍流对沙尘输运的可能影响;兰州大学王萍副教授汇报了风沙两相流与沙尘暴大涡模拟的初步结果。

      会议期间参会者对每一个报告均进行了深入的讨论和广泛交流,这不仅促进了学科交叉和国内外研究机构间的进一步合作,也为参会代表和研究生提供了一次开拓视野、加深认识、与国内外专家学者交流的机会。会后,与会专家和师生达成共识,认为本次会议开启了高雷诺数壁湍流的国际合作与交流活动,这对于本领域的研究非常重要,也希望以此次会议为契机,能够在几年以后再次举办研讨会,并争取成为一个系列会议,从而促进各领域科学家今后研究数据与成果的分享。本次研讨会的举办对于推动我国高雷诺数湍流的研究,促进我国科学家和世界各国同行的联系和合作也有着重要的意义。

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