湍流结构的生成演化及作用机理

  湍流结构的生成演化及作用机理重大研究计划以航空、航天、航海、大气环境等领域的国家重大战略需求和湍流相关学科发展为牵引,以建立湍流结构动力学理论体系为核心,通过在数值计算方法、实验测量技术和数据处理及分析方法方面的不断创新,具体针对湍流结构的生成和演化以及在多种条件下的作用机理进行研究。本重大研究计划注重物理机理研究和应用基础研究相结合,提倡概念创新、理论创新、方法创新、技术创新,探索顛覆性的原始创新思想,发展高精度的数值计算方法和精细的实验测量技术,揭示湍流结构的生成、演化和相互作用机理;基于湍流结构的时空演化特性,发展时空精准的湍流模式理论和模型;开展湍流模式理论和模型的综合验证,实现重大工程应用中湍流阻力、热流率和湍流噪声的准确预测和调控。在关键科学问题的研究中获得原始创新结果,为航空、航天、航海等领域重大运载装备的研制及大气环境治理等重要工程领域提供科学理论与方法。

  一、科学目标

  本重大研究计划以在提出新概念、发展新理论、建立新方法和突破新技术等方面获得原始创新成果为目标,从根本上解决国家重大工程应用中的若干关键湍流基础难题,从而为提升我国自主创新能力,促进相关技术的跨越式发展提供科学理论支撑。在湍流基础研究领域聚集和培养一支国际前沿、具有创新能力的优秀人才队伍,促进湍流研究领域若干个跨学科基础研究平台的形成,推进我国复杂湍流问题基础研究和工程应用研究的发展,形成湍流基础和应用基础研究的中国学派。本计划拟在以下四个方面取得突破。

  (1)在新概念方面,提出基于结构的湍流研究新概念,探索顛覆性的原始创新思想;

  (2)在新理论方面,提出基于结构基元的湍流理论和基于时空耦合和物理约束等的湍流模型;

  (3)在新方法方面,给出基于拉格朗日观点的湍流结构表征方法,以及近壁三维湍流结构时空解析、精确、高效的计算和实验测量方法;

  (4)在新技术方面,围绕流动控制及减阻、热防护和降噪技术,提出基于湍流结构的应用设计理念,提高湍流应用软件准确度及实用性。

  二、核心科学问题

  (1)多种条件下湍流结构的生成动力学:从湍流结构生成的观点研究湍流转捩,突破现有稳定性理论的框架,提出基于湍流结构生成动力学的转捩理论。

  (2)湍流结构演化的时空多尺度动力学:从时空耦合的角度研究湍流结构的演化,突破湍流能量级串过程的理论框架,发展基于时空多尺度动力学的湍流理论、计算方法及实验技术。

  (3)湍流结构对力热声输运的作用机制和控制原理:从精细描述湍流结构的角度,研究湍流结构对力、热、声产生和输运的作用机制,突破传统涡粘模式的框架,实现对阻力、热流和流动噪声的准确预测和控制。