2022年5月23日，2021-2022年度“流体力学研究生学术报告会”圆满结束。历时一年，共9名博士后和22名高年级博士生和硕士生带来了31场精彩的学术报告，吸引了来自工程科学学院、核科学技术学院、微电子学院、合肥物质研究院等单位的老师和学生参加。报告会由近代力学系司廷教授主持。
“流体力学研究生学术报告会”已成为工程科学学院的特色学术活动，自2017年9月设立至今，举办的学术报告累计已超过110场。报告内容涵盖了学术进展报告、文献综述和经验分享等，报告人主要由各实验室导师推荐，涵盖博士后、国家奖学金获得者、已发表高水平期刊论文或在国内外学术会议上作口头报告的优秀博士生等。
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。
附本年度春季学期15场精彩报告的学术总结:
1、王何，报告题目《二维非定常单楔激波反射研究》，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。RR→MR转变和MR→RR转变是非定常激波反射的两大基本问题，也是激波反射领域研究的热点和难点，其中MR→RR转变与三波点轨迹高度相关。本工作首先系统性地探讨了二维非定常单楔激波反射中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。随后，基于扰动传播概念，结合声速理论和三激波理论，构建了适用于任意二维非定常单楔激波反射的三波点轨迹预测模型，实现了对三波点轨迹及MR→RR转变的良好预测。
2、赵承曦，报告题目《纳尺度界面流动的涨落动力学研究》，伴随着设备的微型化和加工的精密化，纳尺度界面流动广泛存在于半导体、新能源等高端制造业中，其流动特性对制造精度有着重要影响。作为“纳尺度效应”之一的分子涨落已被发现将显著影响界面流动特性，该效应无法通过经典流体力学理论中的Navier-Stokes方程以及相关模型进行描述，成为进一步理解纳尺度界面流动机理的主要障碍。本报告将基于Landau-Lifshitz-Navier-Stokes方程，探究纳尺度液滴、射流、壁面液膜等界面流动中的涨落流体动力学(fluctuating hydrodynamics)，不同于早期爱因斯坦等人对布朗运动的研究工作——花粉颗粒处于“静止”的液体中，本报告将重点关注流体力学与涨落动力学的“耦合效应”，揭示分子涨落带来的新流动机理。
3、叶创超，报告题目《双曲守恒律的一种定向ENO格式》，复杂可压缩流动中时常同时存在激波、湍流脉动和噪声，数值模拟解析小尺度流动结构要求数值格式具有低耗散特性，而要稳定地捕捉激波又要求数值格式具有足够的数值耗散，这种矛盾的数值耗散要求给复杂流动模拟的数值格式设计带来了很大的难度，发展可以精确解析小尺度流动结构和捕捉间断的数值格式一直是CFD领域研究的一个重要内容。本工作通过将TENO格式的思想引入AFWENO格式中，发展出了一种求解双曲守恒律的新型高精度有限差分格式。新格式具有比经典TENO格式更灵活的特性，可以直接对守恒变量、原始变量、物理通量进行插值并构造数值通量；相比经典 TENO格式，AFTENO格式可以使用任意保单调通量函数构造数值通量，而经典TENO只能对光滑的通量分裂函数进行重构；相比AFWENO格式，AFTENO采用逐步增加子模板宽度的设计策略，可以避免采用经典WENO思想的数值格式在全局模板内存在多个间断时导致格式失效的问题；相比AFWENO只具有奇数阶精度，AFTENO不但具有连续阶精度，并且可以扩展到任意高阶精度。一系列经典测试算例测试结果表明，与同类格式相比，AFTENO具有更优秀捕捉强间断能力和更低的数值耗散。
4、郭旭，报告题目《反射激波作用单模/准单模界面RM不稳定性演化研究》，在惯性约束核聚变(ICF)、超燃冲压发动机和超新星爆发等工程和科学问题中，由于几何及壁面因素，反射激波作用流体界面经常发生。反射激波会向界面注入能量，改变原来的涡量和速度分布，显著影响Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性的发展。激波管实验一直是研究反射激波诱导RM不稳定性的重要手段。以往实验多关注反射激波作用后的流动转捩和湍流混合问题，但如果反射前的界面为单一尺度，反射后界面不能很快转捩，而是保持较长时间的有序演化。本报告将介绍单模和两种准单模界面(梯形和V形界面)在扰动增长的弱非线性阶段，受反射激波冲击后的不稳定性发展规律，比较界面形状对扰动增长的影响，并将反射前的扰动增长理论推广到反射激波作用后，为预测反射后的扰动增长行为提供思路。
5、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。
6、闫波，报告题目《斜激波与内凹圆柱面无粘相互作用》，针对内转式进气道内复杂的三维激波反射现象，根据多种形式的三维内转式进气道/隔离段流动特征，提炼出其共性在于激波在内凹弯曲壁面上的反射与干扰问题，继而模化出平面激波入射内凹柱面的简化模型。通过降维分析理论，结合无粘数值模拟，系统地研究了斜激波在内凹柱面上的反射规律，重点关注斜激波在内凹柱面上反射形成的近壁面波系结构，以及由此带来的复杂三维流动，以期丰富对内转式进气道中流动的认知，为改进内转式进气道设计提供有价值的参考。
7、张舵，报告题目《发散激波作用下重气层演化的实验研究》，Raleigh-Taylor(RT)不稳定性是指当物质界面受到持续加速度作用（轻流体加速重流体）时，界面上的扰动不断增长，最终形成湍流混合的现象。而相似的过程同样发生在受激波冲击后的物质界面上，这种现象被称为Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性。这两种典型的界面不稳定性在诸多工程和科学问题的研究中都具有重要意义。例如在惯性约束核聚变（ICF）中，由激光或X-ray产生的强激波作用ICF靶丸的过程中，在诱导RM不稳定性发生的同时，也为内爆过程中RT不稳定性的发展播种了小扰动，在两者的共同作用下，最终导致严重地不稳定性混合，严重降低甚至消除热核产率。此外，在超新星爆发中，由恒星核心坍塌爆炸产生的冲击波与星际间的多层物质作用，过程中的RM/RT不稳定性也会严重影响演化早期射流状结构的形成，以及后期超新星遗迹的发展。因此，开展激波与有限厚度流体层的相互作用的研究是十分必要的。本报告将介绍在基于激波动力学理论设计的发散激波管中开展的发散激波诱导的SF6重气层不稳定性演化的实验研究。以具有单模扰动内界面——无扰动外界面的双层界面构型为例，阐述发散激波与双层界面相互作用的不稳定性发展过程，着重考虑气层厚度、内界面初始扰动振幅和波数对内外界面发展的影响。
8、庞博，报告题目《不可压守恒锐利界面方法研究》，从冰川融化到道路结冰、开水沸腾，相变在自然界以及日常生活中是常见的。由温度、表面活性剂影响的马朗戈尼效应，对工业界中固体表面的干燥，微流控技术中液滴的运动控制等均有应用价值。在多相流数值模拟方法中，锐利界面方法往往对界面位置、表面张力大小、界面间断条件等有更高的数值解析度。本工作使用Level-Set方法追踪界面，采用切割网格方法在界面附近获得贴体网格，在ALE框架下对不可压NS方程、传热方程、活性剂输运方程进行有限体积求解，在边界通量中考虑由相变、马朗戈尼效应导致的界面间断条件，实现了气液固三相含相变问题、含温度与可溶/不可溶活性剂影响的马朗戈尼效应问题的守恒锐利界面方法模拟。
9、付呈犬，报告题目《可压缩瑞利—泰勒不稳定性非线性增长的研究》，瑞利—泰勒（RT）不稳定性发生在加速运动的轻、重流体扰动界面上，其中加速度方向由轻流体指向重流体，它广泛存在于国防工程（如惯性约束核聚变）和自然现象（如超新星爆炸）中，具有重要的科学意义和应用背景。RT不稳定性在指数增长阶段后很快呈现出非线性特性，依次历经势流增长阶段、再加速阶段和湍流混合阶段，具有十分复杂的非线性动力学演化过程。事实上，惯性约束核聚变和超新星爆炸中的RT不稳定性具有可压缩性，且可压缩性会显著影响RT不稳定性的非线性增长。因此，本报告采用理论分析和直接数值模拟相结合的方法，研究可压缩RT不稳定性在势流增长和再加速阶段的演化过程，揭示可压缩性对流动演化的影响规律，建立可压缩RT不稳定性非线性增长的理论模型。
10、罗浪，报告题目《薄液膜上的液滴溅射行为研究》，液滴撞击液面广泛存在于自然界及工业生产中，如雨滴撞击水池、农药喷洒、喷墨打印等。液滴撞击过程中子液滴分离的现象称为溅射现象，控制溅射在工业上十分重要，因此液滴溅射问题受到研究者的广泛关注。在实际过程中，连续的液滴撞击会在壁面残留微米厚度的液膜，而对应此厚度液膜上的液滴溅射研究较少，对此我们基于实验方法系统探究了硅油液滴撞击在微米厚度液膜上的溅射行为。根据实验结果区分了六种撞击模态，得到不同液膜厚度下的撞击结果相图，相图结果表明溅射阈值随液膜厚度非单调变化。结合高精度数值模拟我们发现，液滴撞击微米厚度液膜时，近壁面边界层内的粘性剪切作用将导致液滴液膜接触面产生涡旋，涡旋的出现会抑制皇冠拉伸防止溅射发生，涡旋出现的时刻对应皇冠拉伸到最长的时刻，分析壁面附近的边界层发展可预测涡旋出现的时刻；此外，分析皇冠拉伸、皇冠充分发展的时间，可得到撞击薄液膜产生溅射的预测模型，该模型与实验结果吻合良好。
11、刘博，报告题目《数据驱动的湍流模型建模方法研究》，数据驱动作为一种全新的研究范式，近年来在流体力学领域里得到广泛应用。基于机器学习的大涡模拟模型，摆脱了传统模型基于涡粘假设的限制，直接从DNS数据中学习，理论上可以得到精度更高的模型。本工作提出了基于卷积神经网络（CNN）的亚格子应力模型，重点研究了卷积尺寸的物理意义及其对模型性能的影响。CNN天然满足湍流模型的平移不变性，相比前人的模型拥有更好的数值鲁棒性和外推能力。本工作还介绍了数据驱动的湍流流场超分辨率方法，该方法可以有效地提升流场分辨率，作为一种后处理手段，在流场数据降噪，提高数值精度等方面有广阔的应用前景。
12、乔然，报告题目《温度调控射流界面不稳定性理论研究》，温度场调控下射流的破碎现象广泛存在于喷墨打印、纤维制备及燃料喷注等工程领域，对射流界面扰动发展规律及失稳机制开展研究具有重要实际意义。本工作基于射流流动特征时间上液-气系统的基本温度分布，建立了单轴热射流不稳定性理论模型，并利用线性不稳定性理论推导了扰动发展的控制方程，计算得到界面扰动增长率随波长的定量关系。通过对比不同流动模态下界面扰动增长率，得到各模态转换的临界条件，并基于此划分各模态在参数空间内的相图。通过建立界面扰动能量平衡关系，揭示了各模态下主导射流破碎的不稳定性机制，考察各不稳定性机制在参数空间内的主导关系。
13、陈睿，报告题目《聚合物液滴与基底间拉丝机理研究》，非牛顿流体由于一些特殊性质，其在日常生活、工业生产和工程科学等领域中具有广泛的应用和重要的研究价值。研究从聚合物液滴抑制反弹问题入手，着重研究聚合物分子与基底间拉丝的微观作用机理与力学行为。通过液滴滑移实验，探究边界条件以及滑移速度对拉丝产生的影响，并利用SEM电镜观测聚合物分子链在基底上的沉积形貌。之后类比平板提拉中润湿转换问题，通过实验中提拉出稳定LLD液膜的临界速度，修正滑移长度来表征聚合物分子与平板基底间的作用。
14、刘魁，报告题目《生物柔性翼间歇性拍动推进性能及相关尺度率模拟研究》，鱼类的游动和鸟类的飞行是自然界中常见的现象，对其进行深入研究有助于仿生设计。本文采用自主推进柔性板模型对相关问题进行数值模拟研究。首先探究柔性板间歇性运动的推进性能，考虑了两种间歇运动模式，即多尾拍模式（MT模式）和半尾拍模式（HT模式），以及连续运动模式（CT模式）。结果表明，当弯曲刚度K适中（即，K≈O（1））并且占空比不太小时，间歇模式的性能比连续模式的性能更好。对于两种间歇模式，当K较小或适中时，HT模式的性能优于MT模式；而当K较大时，结果则相反。还发现与MT模式的非对称尾迹相比，HT模式的对称尾迹有利于产生更大的推力并因此获得更好的性能。然后，我们研究了自主推进柔性板推进性能的尺度率。结果发现板的巡航速度（或者巡航雷诺数）、推力以及输入功率可以归结为关于拍动雷诺数的简单尺度率。理论分析和水生动物的生物学数据很好地支持了我们的结论。以上结果可能加深我们对水生动物运动的理解。
15、吴涛，报告题目《小球撞击非牛顿PEO液池实验研究》，物体入水问题广泛地存在于自然界与工业界中，例如水生生物捕食行为、跳水运动和水下武器研制等等，其中，研究空腔生成和演化对流动减阻和矿物浮选等实际应用具有重要意义。与此同时，非牛顿流体力学近年来成为研究热点，其展现出与牛顿流体截然不同的流动特性。高分子溶液是一类重要的非牛顿流体，它的非牛顿特性具体表现为粘弹性和剪切变稀。本工作基于高速摄影的实验方法，以分子量为四百万的聚氧化乙烯（polyethylene oxide, PEO, M = 4.0 × 10^6 g/mol）高分子水溶液和与其物性相似的水-甘油溶液为目标液体，探究了不同Bo数和We数下小球撞击液池中水上皇冠、射流和水下空腔的生成与演化。实验结果表明，由于PEO水溶液的拉伸粘度的存在，皇冠与射流的破碎受到抑制，飞溅出的小液滴之间存在液体拉丝现象，形成类似“珍珠项链”的结构。法向应力差的存在使得小球表面润湿过程受到抑制，接触线发生提前钉扎，液膜更易与小球壁面发生分离导致大量气体夹带，从而降低了空腔生成的临界速度。对水下空腔夹断位置和夹断时刻的分析结果说明，非牛顿特性对水下空腔的演化影响较小，同时给出了水下空腔不同模态的实验相图。