振动热湍流的结构和输运机理研究
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工程中广泛存在振动激励下的湍流流动，大多数流动装置或设备都处于各种各样的机械振动之中，湍流流动无法避免机械振动等外部激励的影响。机械振动引入了复杂的边界条件，将改变湍流结构生成演化规律，并对动量、能量、热量输运产生重要影响。本报告以热湍流这一典型的湍流系统为研究对象，关注机械振动等外部激励对湍流结构生成演化及输运的影响。研究发现振动激励的作用与其施加方向有关，当水平振动激励作用于热湍流系统时，会产生一种新的对流不稳定性：上下导热板的高速水平振动给边界层内部的流体施加了一个很强的剪切力，从而加速了边界层的失稳，并促发了大量热羽流结构的生成。由于羽流结构是热的最主要载体，并控制着热输运过程，其大量生成最终导致对流传热效率的大幅提高。结果表明高频振动可以有效突破传统热湍流边界层限制传热的瓶颈，实现热输运效率500%的增量。反之，竖直振动激励可以有效地抑制湍流结构的生成，从而抑制湍流流动并降低对流传热效率。本研究为增强或抑制对流传热、利用振动实现湍流控制开辟了新途径，也为工程应用提供了理论指导和突破性思路。
周 全，男，1981年出生，教授，上海大学力学与工程科学学院副院长、上海市应用数学和力学研究所副所长、上海市能源工程力学重点实验室副主任。2003年于中国科学技术大学获学士学位，2005年和2008年于香港中文大学分别获硕士和博士学位。主要研究方向为湍流和热对流，已在Science Advances、Physical Review Letters、Journal of Fluid Mechanics等期刊上共发表SCI论文40余篇。现担任上海市非线性科学研究会副理事长、中国力学学会第九届青年工作委员会委员和第十三届实验流体力学专业组组员、上海力学学会第十三届理事会理事和青年工作委员会主任、Applied Mathematics and Mechanics、Scientific Reports、Journal of Hydrodynamics等期刊编委、《实验流体力学》和《空气动力学学报》青年编委。曾获上海市自然科学二等奖等奖励。
