为了提升青年研究人员的科研素养,先进燃气轮机实验室于12月10日至11日举办了一场为期两天的基础研究交流会。会议邀请了来自清华大学、北京航空航天大学、西安交通大学、天津大学和中国科学院大学等知名高校的8位杰出学者,为与会者带来了精彩的基础研究学术报告。
清华大学李雪英副研究员聚焦气膜冷却的高精度数值预测问题,指出壁面射流在强三维掺混条件下的标量湍流输运特性认知不足是限制常规RANS方法预测精度的关键因素。针对这一科学问题,李雪英副研究员团队开展了三阶段研究:首先构造代数各向异性张量,随后通过高精度数值模拟(LES)深入探究壁面射流的涡动力学特性,最后建立湍流模型以描述标量的逆梯度输运现象。研究成果显著提升了RANS方法对气膜冷却的预测精度。李老师强调,科研的驱动力不仅是解决问题,更在于发现现有理论的不完美,结合实验现象与理论凝练推动创新。
天津大学张钟毓副研究员的报告围绕高雷诺数条件下气动噪声的物理声源展开,提出从数学角度解决物理问题的新思路。他从二维剪切流入手,利用渐近理论分析涡结构引发的声辐射机制。针对当前气动噪声领域的两大难题——声源识别与声产生过程描述不足,他的研究提供了系统化的物理建模框架。这一研究既解答了涡结构与声场之间的关联,也为喷流噪声与混合噪声的控制提供了理论依据。他指出应该从一个好的科学问题出发去发展完备的科研方法,然后将这一方法泛化延拓至更广泛的相关问题研究中去。
清华大学曹玉立助理研究员重点介绍了超临界压力流体湍流换热的研究进展,聚焦空天飞行器冷却与发电系统一体化的关键问题。针对超临界流体强变物性和湍流引起的流场强梯度,她采用高精度数值模拟(DNS)与实验测量相结合,并通过深度学习神经网络训练,构建了湍流换热的通用预测模型。该模型在特定工况下能够准确预测努塞尔数(Nu),并具备通过泛化提升模型通用性的潜力。曹老师的研究兼顾基础科学探索与先进装备应用,涵盖了从湍流流动机理解析到装备示范应用的多个技术成熟度阶段。
西安交通大学曹宏瑞教授在报告中介绍了旋转件裂纹检测与寿命预测的最新进展。针对传统的集中质量模型、连续质量模型以及有限元模型在考虑旋转件裂纹呼吸效应方面的不足,他提出了刚体单元法,通过精确建模裂纹呼吸效应,为发动机关键部件的裂纹监测提供了坚实的理论依据。曹教授的研究启示我们,通过降维建模和对关键科学问题的模型化提炼,可以快速分析课题中的主要矛盾,为科学研究提供高效解决方案。
北京航空航天大学孙大坤教授在报告中分享了航空发动机流动稳定性数理建模的最新进展,并强调科学研究应敢于提出新问题和探索创新方法,而非局限于延续已有工作。针对压气机中流动稳定性的问题,他成功地将初边值问题的小扰动分析方法引入到特征值问题的稳定性分析中,取得了显著成果。孙教授还强调,科学研究需要具备全局视野,深入洞察问题的本质,避免陷入局部迷思。
北京航空航天大学柳阳威教授针对压气机中的逆梯度、跨声速和动静干涉复杂流动,提出了解决“算得准”和“算得快”的新方法。在湍流建模方面,他通过引入螺旋度来考虑小尺度涡向大尺度涡的能量输运,发展了SA-Helicity和SST-Helicityde等湍流模型模型,显著提升了对复杂流动的预测精度。同时,他还开发了网格自适应湍流模拟(GAS)方法,能够在稀疏网格条件下实现高效的高精度流动模拟,兼顾了计算精度和速度,为压气机设计与优化提供了强有力的工具。
清华大学马丽然教授的研究聚焦于水环境中的摩擦行为,从人体关节摩擦到水下航行器表面的摩擦性能优化,探索了水分子行为的本质及其调控机制。马老师团队通过搭建纳米尺度位移和力测量的高精度实验装备,实验证明了纳米尺度的薄膜润滑机制,不仅揭示了水分子在摩擦界面上的作用规律,还为水下航行器表面设计提供了理论指导。
中国科学院大学吕泽助理研究员的研究主要聚焦于实验流体力学。在报告中,他详细介绍了微通道沸腾换热实验、洛伦兹力速度测量实验以及磁流体非接触式测量实验的研究思路。吕老师强调,基础研究需要有清晰的出发点,在研究过程中要抓住主要矛盾,并尽可能减少其他因素的干扰,以确保研究的科学性和针对性。
杜强和张宏武在本次基础研究交流会上向先进燃气轮机实验室的师生提出建议,强调在开展工程设计实践的同时,不要忽视其背后的基础科学问题。在交流会中,通过分享研究成果和讨论前沿课题,与会者不仅深化了对科学问题挖掘的理解,还激发了创新思维,并明确了未来的研究方向。