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佘振苏教授介绍基于对称性原理发展的工程湍流模型:SED-SL

2017-03-22  1194

2017年3月17日,北京大学工学院力学与工程科学系新一期“力学讲堂”开讲,佘振苏教授在力学楼434室为师生们作了题为《基于对称性原理发展的工程湍流模型:SED-SL》的学术报告,吸引了众多校内外同仁前来倾听,报告现场座无虚席。本次学术报告由力学系杨莹教授主持。


佘振苏教授作报告

飞行器设计中最重要的计算流体力学(CFD)问题是升阻力的预测问题,其核心瓶颈是湍流模型。湍流模型的研究可追溯到1877年Boussinesq所提出的湍流涡粘性系数来刻画雷诺应力,之后逐渐发展了四类主流湍流模型——零方程,一方程,二方程以及雷诺输运方程模型。在这四类模型中,代数模型是最简单的也是最早被广泛应用的湍流模型,它是基于人们对湍流边界层中湍流涡粘系数沿垂直壁面方向的定量刻画为基础。在经历了半个多世纪的经验模型基础上(Van Driest, 1956; Cebeci and Smith, 1974; Baldwin and Lomax, 1978),佘振苏教授及其团队发展了基于结构系综理论(SED)的新型湍流代数模型:应力长度模型(SED-SL),该模型根植于从对称性原理推导出来的壁湍流多层结构的解析表达,实现了对湍流边界层在定量上非常精确完整的刻画。

讲座开始,佘振苏教授首先从“湍流平均运动的基本方程”“湍流模型简介:0方程,1方程,2方程”“本项研究的背景和目标”等几方面切入详细阐述了此项研究的背景,其中,特别对庄逢甘、张涵信等前辈学者长期鼓励和推动此项研究表示了崇高的敬意;随后佘教授概括介绍了SED-SL(应力长)模型的框架,对于湍流边界层所采用的(沿垂向和流向的)双重多层结构描述,以及所包含的四个基本参数,其中二个参数描述湍流转捩,二个参数描述充分发展的边界层湍流。第三部分是做主要的部分,佘教授介绍了迄今为止新的湍流模型在八个典型流动中所取得的近百个流况下与实验和计算数据的比较,包括“对实验、计算转捩的描述”“对实验、计算平板边界层的描述”“对三类翼型(NACA0012,NACA4412,RAE2822)的描述”以及“对Ma2.29压缩拐角的描述”。其中包括多个物理条件下的平板转捩、以及典型的NACA0012和RAE2822翼型在多马赫数、多攻角下(近百个工况)的计算结果,首次实现了对翼型阻力的精确预测,升阻力的预测精度相比于广泛使用的BL和SA模型均有明显的提高,误差已接近实验测量的极限(阻力1-2%,升力2-6Counts)。SED-SL代数模型不但获得对升阻力的精确预测,还同时给出相应湍流边界层流场的细致演化过程,包括从层流到湍流的转捩和可能出现的分离,有望开辟一个物理描述与工程预测互相影响、共同提高的湍流研究新局面。该研究已经在一定程度上达到了发展基于基础研究成果的湍流新一代模型的设想。


报告现场


报告结束交流现场

报告结束后,在场的师生就佘振苏教授的报告内容进行了热烈的交流和讨论,老师们及部分同学相继与佘教授进行了深入探讨。

 

新闻小贴士


1.报告人简介:

佘振苏教授,现任北京大学工学院周培源讲座教授,首批“长江学者”特聘教授,首批“千人计划”国家特聘专家。曾任美国加州大学洛杉机分校终身教授,北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室主任(1999-2010)。湍流SL标度律和结构系综理论的创建人,美国物理学会会士。1993年获美国Sloan青年科学家奖,2003年获中国青年科学家奖。科技部973项目“飞行器气动与光学设计中的关键湍流问题”首席,基金委重大创新性项目“湍流结构系综理论”负责人。著有“人体复杂系统科学探索”和“复杂系统学新框架-融合量子与道的知识体系”(科学出版社2012,2013)。

2.力学讲堂是力学系组织的学术报告,每两周一次,报告人为力学系教师及部分系友,旨在增进学术交流和沟通,目前已组织四个学期,吸引了众多师生前来倾听。