中国学科发展战略.流体动力学

"总序i前言vii摘要xi绪论流体动力学的发展——需求和前沿1一、流体动力学的早期发展和黄金时期1二、流体动力学的机遇和需求3三、流体动力学的前沿研究和交叉学科8四、流体动力学的新方法14五、结语15第一部分流体动力学的基础研究第一章非牛顿和黏弹性流体第一节引言19第二节非牛顿流体的本构方程21第三节非牛顿流体的流动稳定性23第四节弹性湍流25第五节聚合物湍流减阻26第六节触变性流体的雪崩现象26第七节非牛顿流体的浸润28第八节智能流体29第九节结语30参考文献30第二章多相流的理论、模拟与实验34第一节引言34第二节多相流研究的数值计算方法35一、欧拉欧拉方法35二、欧拉拉格朗日方法36三、直接数值模拟方法36四、有待研究的部分重点问题37第三节多相流研究的实验方法38一、早期的测量方法38二、激光多普勒测速仪技术38三、粒子图像测速仪39四、有待研究的部分重点问题40第四节多相湍流相间耦合的研究40一、湍流对相间动量耦合的影响40二、湍流对颗粒的影响41三、颗粒对湍流的影响42四、颗粒对湍流影响的机制43五、有待研究的部分重点问题44第五节几种超常情况下的多相流44一、微重力多相热流体动力学44二、纳米颗粒两相流46三、沙粒起动跃移运动47四、雾化射流48五、有待研究的部分重点问题49参考文献51第三章自然界和工程中的颗粒物质与颗粒流54第一节引言54第二节颗粒接触力56第三节离散元方法58第四节宏细观研究59第五节颗粒流和泥石流62第六节本构模型和热力学理论66第七节结语69参考文献70第四章可压缩剪切层的转捩及其预测72第一节引言72第二节剪切层转捩的基本过程及研究的基本问题73一、扰动环境分析74二、感受性问题 75三、扰动的演化过程76四、转捩过程78第三节可压缩边界层的流动不稳定性特征78第四节可压缩混合层的流动不稳定性特征81第五节剪切层转捩机制的研究进展82第六节边界层转捩预测方法的研究84一、转捩模式方法84二、eN方法84三、PSE方法85第七节剪切层转捩控制方法的研究86第八节结合国家需求的重大问题87第九节剪切层转捩研究中的问题及发展趋势88第十节结语89参考文献90第五章可压缩湍流及其模拟95第一节引言95第二节激波边界层的相互作用101第三节高超声速湍流104第四节声爆与湍流106第五节可压缩湍流模式109参考文献111第六章湍流的大涡模拟113第一节引言113第二节大涡模拟的主要进展115一、大涡模拟的滤波115二、大涡模拟的亚格子模型116三、大涡模拟的数值方法117第三节大涡模拟的新挑战119一、壁模型和LES/RANS混合法119二、气动噪声的大涡模拟120三、多相湍流的大涡模拟123四、湍流燃烧的大涡模拟124五、自然界湍流的大涡模拟126六、大涡模拟的验证和确认127第四节结语128参考文献129第二部分可压缩流体动力学第七章高温气体动力学135第一节引言135第二节学科发展背景和现状137一、先进跨大气层飞行器推进系统中的高温气体动力学141二、大气再入条件下的气动热环境与气动力特性144三、复杂流动效应耦合作用的高温气体动力学数值模拟方法145第三节高温气体动力学的前沿问题148第四节未来5～10年重点发展方向149一、高温气体效应与材料耦合响应的物理建模与模拟150二、气动数据不确定度与多目标优化151第五节结语153参考文献153第八章稀薄气体动力学157第一节引言157第二节发展历程158第三节最近二三十年的研究进展160一、高速稀薄气流问题161二、低速稀薄气流问题166三、分子模拟方法的拓展168第四节学科前沿问题172第五节与实际需求结合的重大问题173第六节未来5~10年学科发展趋势176参考文献177第九章旋涡主控的流动与控制181第一节引言181第二节非对称涡前沿领域的研究进展184第三节未来5～10年重点发展方向195参考文献196第十章航空涡轮发动机气体动力学199第一节引言199第二节叶轮机内复杂流动200一、叶尖泄漏流动200二、角区分离流动201三、转静干涉203第三节压气机稳定性205一、风扇/压气机流动稳定性主动控制技术205二、机匣处理扩稳技术的发展206三、旋转失速稳定性模型的发展207第四节叶轮机中的数值模拟方法208一、叶轮机中的湍流模拟209二、转静干涉计算方法212三、风扇/压气机流动稳定性数值模拟215第五节叶轮机中的实验测量216一、测量技术的发展与应用216二、实验台模型217三、发展重点218第六节结语219参考文献219第十一章超声速燃烧与高超声速推进226第一节引言226一、超声速燃烧与高超声速推进226二、利用超声速燃烧遇到的实际问题有巨大的挑战性227三、6分钟巡航230英里飞行试验228四、面临挑战依然严峻，双模态超燃冲压发动机成为发展的瓶颈228五、影响超燃冲压发动机技术成熟的因素229第二节超声速燃烧与推进研究的进展与认识230一、燃料选择与应用230二、利用吸热碳氢燃料不仅是冷却的需要也是提高燃烧性能的关键231三、燃烧室壁孔注射获得实际应用233四、超声速点火与稳定燃烧是发动机正常运行的必要条件235 五、实验模拟技术和测量技术相对落后236第三节超声速燃烧研究的一些前沿问题238一、吸热碳氢燃料主动冷却特性与超声速燃烧的耦合238二、燃料催化裂解特性的控制239三、积炭问题240四、吸热碳氢燃料超声速燃烧特性240五、燃烧稳定性问题，凹腔稳焰机制240六、数值模拟241七、双模态运行，亚燃超燃模态转换245八、高超声速燃烧247参考文献248第十二章气动声学和航空噪声控制256第一节引言256第二节气动声学学科发展和现状256一、气动声学诞生及Lighthill声类比理论257二、Ffowcs WilliamsHawkings方程258三、Goldstein的广义Lighthill方程259四、Powell和Howe的涡声理论259五、计算气动声学259第三节民用大型客机气动噪声研究现状和发展趋势260一、民用大型客机噪声水平的历史和现状260二、发动机风扇噪声产生机制及控制方法264三、发动机消声短舱问题265四、发动机喷流噪声问题268五、飞机机体噪声问题269六、中国大型客机面临的噪声问题270第四节未来5～10年重点发展方向271一、涡声相互作用271二、计算气动声学273三、仿生学气动声学274四、运动物体发声问题275五、燃烧噪声和燃烧不稳定性275参考文献276第三部分不可压缩流体动力学第十三章高速水动力学283第一节引言283第二节超空泡流体动力特性与减阻机制284一、超空泡的宏观特征285二、超空泡的通气与泄气方式286三、超空泡的流动特性288四、超空泡航行体的稳定性289第三节空泡流非稳态特性与机制290一、空泡非稳态运动的类型290二、空泡的周期性脱落现象292三、空泡的非稳态运动机制293四、非稳态空泡的频率特性294五、非稳态空泡的微观结构295第四节多相流数值模拟方法296第五节空泡流的相关试验技术299第六节结语301参考文献302第十四章海岸工程水动力学307第一节引言307第二节海岸灾害309一、风暴潮的动力学机制与多尺度数值模型309二、海啸生成、爬高及对海岸结构物的作用311三、基于红树林等水生植物的海岸防护新概念315第三节波浪水流对海岸结构物和海岸地形变化的作用316一、波浪水流作用下泥沙输运与航道淤积316二、桩基承台结构的波流力与局部冲刷319三、波浪对海堤的作用321第四节数值波浪水池及应用323一、基于Boussinesq类方程的近海波浪传播数学模型323二、基于NS方程的数值波浪水池324第五节结语326参考文献327第十五章海洋工程流体力学331第一节引言331第二节极端海洋环境332一、热带气旋与台风浪332二、畸形波336三、内波338第三节新型海洋结构物及其响应342一、深水平台343二、海上风能345三、大尺度浮体运动响应349四、小尺度构件动力响应350第四节结语352参考文献357第十六章水环境治理中的物理、化学、生物流体力学357第一节引言357一、国内外的水环境问题357二、环境治理研究的主要历程358三、水环境治理中的流体动力学研究现状及发展方向359第二节泥沙的环境作用362一、概述362二、泥沙对污染物的吸附/解吸及其影响因素363三、展望364第三节水体富营养化365一、概述365二、水体富营养化的主要影响因素366三、展望369第四节溢油污染370一、概述370二、水上溢油的迁移变化行为371三、展望374第五节地下水中污染物迁移375一、地下水污染375二、地下水中污染物迁移的研究现状376三、展望378第六节结语379参考文献380第十七章自然界的水沙流动382第一节引言382第二节流域土壤侵蚀383一、流域产流产沙的基本特征概述384二、主要研究进展386三、展望和建议重点研究方向389第三节河流水沙两相流动390一、河流水沙流动的基本特征概述391二、主要研究进展392三、展望和建议重点研究方向395第四节泥石流396一、泥石流的基本特征概述397二、主要研究进展398三、存在问题和前沿研究方向400第五节结语401参考文献402第十八章风沙环境力学406第一节引言406第二节简要历史回顾408第三节近二三十年来的若干进展410一、来流风场411二、起动风速与沙尘颗粒的起动机制412三、沙尘颗粒的碰撞机制414四、近地表风沙流的理论模型与实验观测417五、风成沙波纹与沙丘地貌的研究421第四节研究趋势424第五节结语426参考文献427第四部分流体动力学的交叉学科第十九章低温等离子体流动433第一节引言433一、热等离子体434二、大气压非平衡等离子体435三、低气压冷等离子体436第二节层流及湍流等离子体流437一、低温等离子体流动特征概述437二、直流电弧等离子体流动研究进展438三、电弧等离子体射流的流动与传热特性439四、研究和应用展望440第三节等离子体风洞440一、等离子体风洞流场的产生441二、等离子体风洞流场诊断与计算443第四节等离子体流动控制443一、流动控制中的等离子体类型444二、等离子体流动控制应用研究现状445三、存在的问题和建议研究方向445第五节低气压冷等离子体应用中的流体力学问题447第六节结语450参考文献450第二十章核能相关的多场耦合传热和传质453第一节引言453第二节磁约束聚变堆多场耦合流体力学与传热传质问题 455一、堆芯高温等离子体455二、包层及第一壁金属流体457三、小结462第三节加速器驱动次临界系统的多物理场耦合热输运问题463一、加速器驱动的次临界系统简介和嬗变应用463二、ADS关键科学问题之一多物理场耦合输运的展望466三、小结469第四节核裂变能利用中的传热与传质469一、大型先进压水堆内传热传质研究470二、船用反应堆传热传质研究473三、新型核动力反应堆传热传质研究474第五节结语476参考文献476第二十一章燃烧和反应流480第一节引言480第二节层流火焰的研究481第三节湍流和燃烧之间的相互作用483一、湍流非预混燃烧484二、湍流预混燃烧486三、湍流部分预混燃烧488第四节煤粉和液雾"