”十三五“流體力學(xué)學(xué)科重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略

2017-05-05 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

“十三五”時(shí)期是我國(guó)全面建成小康社會(huì)的決勝階段,經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài),依靠創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、塑造引領(lǐng)型發(fā)展成為基礎(chǔ)研究供給側(cè)改革的必然要求。在2016年5月30日召開的全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)、兩院院士大會(huì)、中國(guó)科協(xié)第九次全國(guó)代表大會(huì)上,習(xí)近平總書記提出了科技創(chuàng)新“面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求”的基本方針。國(guó)家自然科學(xué)基金定位于“資助基礎(chǔ)研究和科學(xué)前沿探索,支持人才和團(tuán)隊(duì)建設(shè),增強(qiáng)源頭創(chuàng)新能力”,勢(shì)必為我國(guó)實(shí)現(xiàn)科技革命和產(chǎn)業(yè)變革,加快科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展發(fā)揮積極的作用。力學(xué)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的基礎(chǔ)學(xué)科,其發(fā)展呈現(xiàn)顯著的“雙力驅(qū)動(dòng)”規(guī)律,既緊密圍繞物質(zhì)科學(xué)中所涉及的非線性、跨尺度等前沿問題展開,又涉及人類所面臨的健康、安全、能源和環(huán)境等重大問題,與科技創(chuàng)新“三個(gè)面向”的要求完全契合。當(dāng)代力學(xué)強(qiáng)國(guó)都在力學(xué)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究上同時(shí)發(fā)力,謀求實(shí)現(xiàn)兩者的良性互動(dòng)。

力學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)與戰(zhàn)略地位

力學(xué)是關(guān)于力、運(yùn)動(dòng)及其關(guān)系的科學(xué)。力學(xué)研究介質(zhì)運(yùn)動(dòng)、變形、流動(dòng)的宏微觀行為,揭示力學(xué)過程及其與物理、化學(xué)、生物學(xué)等過程的相互作用規(guī)律。力學(xué)為人類認(rèn)識(shí)自然和生命現(xiàn)象、解決實(shí)際工程和技術(shù)問題提供理論與方法,是人類科學(xué)知識(shí)體系的重要組成部分,對(duì)科學(xué)技術(shù)的眾多學(xué)科分支發(fā)展具有重要的引領(lǐng)、支撐和推動(dòng)作用。

力學(xué)學(xué)科具有完整的體系和分支學(xué)科,并且與其它學(xué)科交叉形成了眾多交叉領(lǐng)域,其主要特點(diǎn)如下:

力學(xué)是一門既經(jīng)典又現(xiàn)代的學(xué)科,它以機(jī)理性、定量化地認(rèn)識(shí)自然與工程中的規(guī)律為目標(biāo),同時(shí)具有基礎(chǔ)性和應(yīng)用性;
力學(xué)是工程科技的先導(dǎo)和基礎(chǔ),為開辟新的工程領(lǐng)域提供概念和理論,為工程設(shè)計(jì)提供有效的方法,是科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展的重要推動(dòng)力;
力學(xué)是一門交叉性突出的學(xué)科,具有很強(qiáng)的開拓新研究領(lǐng)域的能力,不斷涌現(xiàn)新的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)。

17世紀(jì),牛頓力學(xué)體系的創(chuàng)立標(biāo)志著人類歷史上第一門定量化科學(xué)的誕生,引領(lǐng)了自然科學(xué)的興起,奠定了力學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科的地位,是許多自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)的先導(dǎo),為認(rèn)識(shí)自然規(guī)律、改造世界提供了最為關(guān)鍵和有效的手段。力學(xué)也是生命力強(qiáng)大和活躍的基礎(chǔ)學(xué)科,在20世紀(jì),力學(xué)不僅完備了自身學(xué)科體系,而且產(chǎn)生了廣泛的學(xué)科交叉與融合,促使新的交叉學(xué)科形成,也極大地推動(dòng)了其它學(xué)科的發(fā)展。同時(shí),力學(xué)是幾乎所有工程科技的基礎(chǔ)和支撐,在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)和國(guó)家安全中發(fā)揮了不可替代的作用。

與西方發(fā)達(dá)國(guó)家的現(xiàn)代化進(jìn)程相比,我國(guó)尚處于工業(yè)化中后期,同時(shí)面臨著信息化的艱巨挑戰(zhàn)。黨中央提出大力推進(jìn)信息化與工業(yè)化融合,走新型工業(yè)化道路,這對(duì)力學(xué)學(xué)科提出了雙重任務(wù)。一方面,要著力解決我國(guó)工業(yè)化轉(zhuǎn)型發(fā)展面臨的提升裝備質(zhì)量、降低能源消耗和改善環(huán)境污染等突出問題;另一方面,要解決我國(guó)信息化發(fā)展中面臨的眾多力學(xué)前沿問題。此外,力學(xué)學(xué)科還要瞄準(zhǔn)人類所共同面臨的健康、安全、能源和環(huán)境等世界性難題,為我國(guó)發(fā)展實(shí)現(xiàn)“彎道超車”和全面突破,發(fā)揮其獨(dú)特作用,提供堅(jiān)實(shí)支撐。

力學(xué)學(xué)科“十三五”發(fā)展戰(zhàn)略

未來(lái)五年,國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)將繼續(xù)鼓勵(lì)力學(xué)學(xué)科原創(chuàng)性及引發(fā)學(xué)科理論創(chuàng)新的研究,重點(diǎn)加強(qiáng)面向國(guó)家重大需求的新概念、新理論、新方法和新技術(shù)研究,加大支持薄弱方向,不斷促進(jìn)學(xué)科交叉,培育新的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)。到2020年,努力培養(yǎng)具有國(guó)際影響力的力學(xué)家,形成在國(guó)際上有影響力的學(xué)科高地?！笆濉逼陂g,重點(diǎn)支持多場(chǎng)多過程下固體的本構(gòu)理論及極端力學(xué)行為、近空間高超聲速流場(chǎng)內(nèi)局部稀薄氣體流態(tài)機(jī)理和方法研究、高速流動(dòng)中的可壓縮湍流問題、非線性系統(tǒng)的跨時(shí)空尺度動(dòng)力學(xué)耦合機(jī)理及其應(yīng)用等前沿問題的研究;加強(qiáng)新型材料的本構(gòu)關(guān)系與強(qiáng)度理論、超常環(huán)境下材料與結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為、湍流理論及機(jī)理、高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)模擬與實(shí)驗(yàn)、航空航天動(dòng)力學(xué)與控制、生物組織與仿生材料的多尺度力學(xué)行為等優(yōu)勢(shì)學(xué)科;著力扶持多體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和高速水動(dòng)力學(xué)等薄弱學(xué)科;加強(qiáng)關(guān)注航空、航天、能源、海洋、環(huán)境、先進(jìn)制造、交通運(yùn)輸、人類健康等重大需求領(lǐng)域中的關(guān)鍵力學(xué)問題,形成對(duì)國(guó)家重大需求的重要支撐能力。

流體力學(xué)學(xué)科優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域

在對(duì)力學(xué)學(xué)科特點(diǎn)、國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)和國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020 年)》提出的 2020 年我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總體目標(biāo)和未來(lái)中國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總體部署,結(jié)合力學(xué)學(xué)科適應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)中長(zhǎng)期發(fā)展的重大需求,綜合考慮力學(xué)學(xué)科未來(lái)5年的總體發(fā)展戰(zhàn)略布局和發(fā)展目標(biāo)、交叉學(xué)科發(fā)展布局與重點(diǎn)發(fā)展方向,提出了不同力學(xué)學(xué)科的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。這些力學(xué)學(xué)科包括:動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)科、固體力學(xué)學(xué)科、流體力學(xué)學(xué)科、生物力學(xué)學(xué)科以及力學(xué)交叉領(lǐng)域。

其中,流體力學(xué)學(xué)科優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域包括如下幾個(gè)方面。

1、可壓縮湍流的生成及演化機(jī)理

高超聲速技術(shù)已經(jīng)成為 21 世紀(jì)航空航天領(lǐng)域的制高點(diǎn),高速飛行器氣動(dòng)特性預(yù)測(cè)的關(guān)鍵問題之一是可壓縮湍流的生成及演化機(jī)理,與飛行器性能的精確預(yù)測(cè)以及飛行安全和控制緊密相關(guān)?？蓧嚎s湍流廣泛存在于超聲速和高超聲速飛行器的外流、內(nèi)流和部件繞流中,發(fā)展新型高速飛行器必須開展與高超聲速飛行相關(guān)的可壓縮湍流、流動(dòng)穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)捩機(jī)理研究。

主要研究?jī)?nèi)容包括:

充分認(rèn)識(shí)超聲速 / 高超聲速條件下的湍流現(xiàn)象,研究湍流的影響因素和產(chǎn)生機(jī)理。
研究高超聲速流動(dòng)轉(zhuǎn)捩機(jī)理、各種不穩(wěn)定擾動(dòng)模態(tài)的相互作用機(jī)理、轉(zhuǎn)捩位置的預(yù)測(cè),建立和發(fā)展普適性更廣的湍流和轉(zhuǎn)捩模型,包括化學(xué)反應(yīng)的燃燒模型,建立有效的轉(zhuǎn)捩預(yù)測(cè)方法。
建立基于湍流機(jī)理的流動(dòng)控制方法,進(jìn)行湍流抑制或增強(qiáng),達(dá)到對(duì)流動(dòng)分離和非定?，F(xiàn)象進(jìn)行控制的目的。
研究與高超聲速飛行器構(gòu)型相關(guān)的流動(dòng)穩(wěn)定性特性,以及高溫引起的氣體物性變化對(duì)流動(dòng)穩(wěn)定性的影響,發(fā)展基于流動(dòng)穩(wěn)定性理論的轉(zhuǎn)捩預(yù)測(cè)方法。
開展可壓縮湍流模式的試驗(yàn)驗(yàn)證及數(shù)值模擬研究,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高速飛行器的摩擦阻力和氣動(dòng)熱環(huán)境。

2、非定常流動(dòng)的機(jī)理及控制

非定常流所要研究的是流動(dòng)特性隨時(shí)間變化的物理過程,運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性依賴于各種限制條件和流動(dòng)的整個(gè)歷史過程,與工程問題密切相關(guān)。物體的非定常運(yùn)動(dòng),經(jīng)常伴隨著流動(dòng)分離、剪切層和旋渦的產(chǎn)生、演化及相互作用,具有強(qiáng)的非線性特性,出現(xiàn)了一系列重要的流動(dòng)現(xiàn)象,如動(dòng)邊界及流固耦合、渦與邊界層的相互作用機(jī)理及演化、流體界面演化與失穩(wěn)及激波和旋渦共存的復(fù)雜流動(dòng)等。多種因素的相互影響和制約,以及流動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展,為實(shí)施流動(dòng)控制和改善流動(dòng)特性提供了多種可能的方法和途徑。

主要研究?jī)?nèi)容包括:

動(dòng)邊界及流固耦合的非定常流動(dòng)特性及其控制,包括運(yùn)動(dòng)固體或柔性體邊界、主動(dòng)或被動(dòng)變形的物體表面等。
復(fù)雜多介質(zhì)間界面的演化與失穩(wěn),以及介觀三相接觸線與宏觀流動(dòng)、界面運(yùn)動(dòng)間相互作用機(jī)理的高精度實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析。
以激波、轉(zhuǎn)捩、湍流和旋渦分離流為主要特征的復(fù)雜非定常流動(dòng),邊界層分離形成的剪切層不穩(wěn)定性及其發(fā)展、尾流剪切層的相互誘導(dǎo)以及射流剪切層的混摻效應(yīng)等。
非定常流動(dòng)的控制方法,通過外加能量形成非定常擾動(dòng)進(jìn)行控制,包括與邊界層 / 剪切層不穩(wěn)定性匹配的擾動(dòng)尺度與頻率的選取,可以進(jìn)行優(yōu)化或次優(yōu)化的閉環(huán)主動(dòng)流動(dòng)控制。
高機(jī)動(dòng)條件下的非定常流動(dòng)機(jī)理、氣動(dòng) / 運(yùn)動(dòng)的非線性耦合作用機(jī)理、氣動(dòng) / 飛行力學(xué)一體化分析與模擬理論。

3、復(fù)雜相間作用的多相流

自然界中很多現(xiàn)象都與多相流相關(guān),多相流同樣也普遍存在于化工、能源、水利、石油、制造、航空航天、環(huán)境保護(hù)和生命科學(xué)等領(lǐng)域所涉及的問題中。多相流動(dòng)具有現(xiàn)象與過程復(fù)雜、涉及面廣和交叉性強(qiáng)等特點(diǎn)。多相流問題歸根結(jié)底是相間作用問題,主要體現(xiàn)在離散相之間以及離散相與連續(xù)相之間的作用。

主要研究?jī)?nèi)容包括:

多相湍流場(chǎng)及穩(wěn)定性,連續(xù)相脈動(dòng)流動(dòng)特性的確定,考慮復(fù)雜相間作用的湍流封閉模式的研究,離散相對(duì)于連續(xù)相的作用包括對(duì)湍流的抑制、增強(qiáng)和減阻以及稠密情況下的非牛頓效應(yīng)等。
超聲速氣流與固相顆粒之間的動(dòng)量、熱量傳遞特性,氣固兩相流流動(dòng)特性參數(shù)敏感性和對(duì)撞的流動(dòng)特性,典型材料超聲速氣、固反應(yīng)中瞬態(tài)中間相時(shí)空分布和演化機(jī)理。
沙塵和污染物顆粒與大氣表面層高雷諾數(shù)壁湍流的相互作用影響規(guī)律和機(jī)理研究,污染物在大氣與水環(huán)境中的輸運(yùn)、沉積與控制等。
受連續(xù)相流場(chǎng)特性制約的離散相動(dòng)力學(xué)特性,離散相對(duì)連續(xù)相特性的影響以及離散相之間的相互作用。
連續(xù)流體相作用于小于微米尺度的剛性離散相,連續(xù)流體相作用于常規(guī)尺度下的變形離散相,以及小于微米尺度的離散相間的相互作用。
相界面動(dòng)力學(xué)的本質(zhì)屬性,離散相之間的碰撞規(guī)律及其對(duì)連續(xù)相的影響,超常顆粒的動(dòng)力學(xué)模型。

4、空化與強(qiáng)非線性自由表面流動(dòng)

海洋內(nèi)航行器的高速化是發(fā)展的必然趨勢(shì),它已成為水動(dòng)力學(xué)的前沿研究課題。與空中和陸上相比,提速最慢的是水中運(yùn)載工具,主要受阻力太高的牽制,因此高速水動(dòng)力學(xué)及其相關(guān)的科學(xué)問題受到高度關(guān)注。高速水動(dòng)力學(xué)主要研究涉及多相流、湍流、相變、可壓縮性和非定常等物理機(jī)制的自然空泡和通氣超空泡以及強(qiáng)非線性自由表面效應(yīng)。

主要研究?jī)?nèi)容包括:

建立計(jì)及微觀群泡動(dòng)力學(xué)特性的宏觀空化新模型,獲得空化流動(dòng)內(nèi)部流體介質(zhì)的物理特征、空泡形態(tài)特征、流動(dòng)結(jié)構(gòu)、尾部流動(dòng)特性以及作用在航行體上的流體動(dòng)力特性。
建立超空泡穩(wěn)定性的分析方法和判據(jù),發(fā)展超空泡流動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和數(shù)值模擬方法,建立機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下超空泡航行體的動(dòng)力學(xué)模型。
建立考慮表面波與發(fā)射平臺(tái)運(yùn)動(dòng)等復(fù)雜因素的航行體高速帶空泡出水過程的水動(dòng)力學(xué)模型,發(fā)展流固耦合模型,把握復(fù)雜條件下航行體出水的流體動(dòng)力特性、出水空泡潰滅和沖擊載荷的變化規(guī)律。
發(fā)展航行體高速入水沖擊和帶空泡航行的流體動(dòng)力特性與姿態(tài)控制的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和精細(xì)數(shù)值模擬方法,突破入水沖擊載荷預(yù)示技術(shù),建立航行體高速入水空泡演化模型和作用于航行體的水動(dòng)力載荷模型,把握航行體高速入水非控段航行的水動(dòng)力學(xué)特征和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。
建立破碎波、液艙晃蕩、甲板上浪和入水砰擊等強(qiáng)非線性自由表面水動(dòng)力學(xué)機(jī)理及流固耦合分析方法。

5、非牛頓流體的流動(dòng)與傳熱傳質(zhì)

在自然界和工程技術(shù)界,存在著許多非牛頓流體,它們種類繁多,形態(tài)各異,也常被稱為復(fù)雜流體。同時(shí),隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,如今某些原本被認(rèn)為是牛頓流體的介質(zhì)在精細(xì)觀測(cè)或特殊情況下也被發(fā)現(xiàn)存在非牛頓流體的特性。非牛頓流體的力學(xué)問題普遍存在于與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和日常生活密切相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域,不僅影響工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)過程、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,而且也影響生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的器械研制、疾病診斷和治療。

主要發(fā)展方向和研究?jī)?nèi)容為:

非牛頓流體的流動(dòng)穩(wěn)定性研究,探討界面失穩(wěn)、彈性湍流的物理機(jī)制以及泥石流和雪崩等重大自然災(zāi)害的觸變性流體特征,研究航天發(fā)動(dòng)機(jī)中非牛頓凝膠推進(jìn)劑霧化過程中的關(guān)鍵科學(xué)問題。
非牛頓流體新型本構(gòu)關(guān)系模型的研究,深化分?jǐn)?shù)階微積分在黏彈性流體力學(xué)中的應(yīng)用。
研究生理、病理以及臨床治療中的非牛頓流體力學(xué)問題,弄清非牛頓效應(yīng)對(duì)生物流體的復(fù)雜流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)的影響。
研究納米非牛頓流體、智能流體的流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)問題,以及微系統(tǒng)、3D 打印和聚合物材料加工過程中的非牛頓流體力學(xué)問題。
非牛頓流體的浸潤(rùn)、流動(dòng)減阻和熱對(duì)流的研究,進(jìn)一步加強(qiáng)非牛頓流體力學(xué)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

6、流場(chǎng)測(cè)量新技術(shù)和先進(jìn)分析方法

湍流的實(shí)驗(yàn)研究是驗(yàn)證理論和數(shù)值模擬結(jié)果、揭示新物理現(xiàn)象的重要手段。從實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)來(lái)看,流場(chǎng)診斷新技術(shù)和先進(jìn)分析方法是兩個(gè)重要的發(fā)展方向。流場(chǎng)診斷新技術(shù)的不斷創(chuàng)新,能實(shí)現(xiàn)非定常復(fù)雜流動(dòng)測(cè)量、極端環(huán)境下流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和多物理量耦合測(cè)量,而先進(jìn)分析方法則針對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量存在的特定問題進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,以提高實(shí)驗(yàn)測(cè)量的精度和可靠性。

主要研究?jī)?nèi)容包括:

高時(shí)空分辨率三維非定常復(fù)雜流動(dòng)速度場(chǎng)測(cè)量技術(shù)。
結(jié)合新型流場(chǎng)診斷技術(shù),實(shí)現(xiàn)高超聲速、高溫高焓、超低溫環(huán)境下以及微小尺度下流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量。
通過聲、光、電、核和磁等多方面技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)受力、速度、溫度、壓強(qiáng)和密度等流場(chǎng)多物理量的測(cè)量及耦合測(cè)量,全方位獲取流場(chǎng)的物理特性。
針對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量誤差、隨機(jī)噪聲和時(shí)空分辨率等特有問題,結(jié)合流體力學(xué)理論分析和數(shù)值模擬,在提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度和可靠性上發(fā)展先進(jìn)的分析方法,并形成有效的三維實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的流場(chǎng)顯示、旋渦識(shí)別和模態(tài)分解等技術(shù)。
建設(shè)實(shí)驗(yàn)標(biāo)模湍流數(shù)據(jù)庫(kù),搭建湍流數(shù)據(jù)庫(kù)交流平臺(tái)。

另外,在一些力學(xué)交叉領(lǐng)域,與流體相關(guān)的優(yōu)先發(fā)展方向包括如下幾個(gè)方面:

1、自然環(huán)境流動(dòng)與災(zāi)害演化動(dòng)力學(xué)

環(huán)境流體力學(xué)的研究對(duì)象主要是自然環(huán)境和災(zāi)害問題。當(dāng)今的環(huán)境和災(zāi)害問題都是綜合性的,且涉及的范圍和層次,往往跨越若干時(shí)空尺度,產(chǎn)生顯著非線性作用和多尺度效應(yīng)。同時(shí),流動(dòng)介質(zhì)十分復(fù)雜,大多都是非均勻、非連續(xù)和多相多組分的自然介質(zhì),流動(dòng)過程經(jīng)常導(dǎo)致劇烈的物質(zhì)、動(dòng)量和能量輸運(yùn),并伴隨有各種物理、化學(xué)和生物子過程。這種顯著的復(fù)雜介質(zhì)和多過程耦合特征,也為流體力學(xué)的發(fā)展帶來(lái)新的科學(xué)挑戰(zhàn)。我國(guó)的環(huán)境流體力學(xué)研究,既要注重學(xué)科發(fā)展面臨的科學(xué)挑戰(zhàn),又要緊密結(jié)合我國(guó)環(huán)境和災(zāi)害防治的實(shí)際需求,更加注重機(jī)理研究、規(guī)律分析與防治措施的有機(jī)結(jié)合。

主要研究?jī)?nèi)容包括:

自然流動(dòng)的基本理論,包括自然界非牛頓流、多相流和顆粒物質(zhì)流動(dòng)的力學(xué)特性,大氣、水體和巖土體中的復(fù)雜流動(dòng)機(jī)理,自然流動(dòng)的非線性作用和多尺度效應(yīng),流動(dòng)與物理、化學(xué)、生物過程的耦合機(jī)理。
西部干旱環(huán)境,包括計(jì)及大氣邊界層高雷諾數(shù)效應(yīng)的風(fēng)沙流 / 沙塵暴形成和演化過程及其定量預(yù)測(cè),沙漠化防治設(shè)施及其布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)和防治效果定量評(píng)估的方法,土壤侵蝕的力學(xué)機(jī)制及流域侵蝕的多尺度動(dòng)力學(xué)模型等。
重大水環(huán)境,包括河流、河口海岸泥沙、污染物輸運(yùn)及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響,湖泊 / 水庫(kù)水質(zhì)污染及富營(yíng)養(yǎng)化動(dòng)力學(xué)模型。
城市大氣環(huán)境,包括大氣污染及擴(kuò)散輸運(yùn)過程,霧霾形成機(jī)理及治理措施,城市熱島效應(yīng)等。
重大環(huán)境災(zāi)害,包括熱帶氣旋、風(fēng)暴潮、山洪、泥石流的發(fā)生機(jī)理及預(yù)報(bào)模型和全球氣候變暖等。

2、材料設(shè)計(jì)與復(fù)雜流動(dòng)的物理力學(xué)

物理力學(xué)以量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)、位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)等為代表性手段,開展跨尺度研究,建立介質(zhì)宏觀力學(xué)特性與微觀結(jié)構(gòu)演化之間的關(guān)聯(lián)。一方面可以彌補(bǔ)極端加載手段和精細(xì)觀察條件的不足,從理論上獲得極端條件下介質(zhì)的宏觀力學(xué)性能;另一方面在材料設(shè)計(jì)、材料高壓狀態(tài)方程、表界面的基本物理特性、非平衡流動(dòng)、復(fù)雜流體及高能束流與物質(zhì)的相互作用等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域,對(duì)揭示非平衡現(xiàn)象、多場(chǎng)耦合機(jī)制、不同尺度結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián),具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

主要研究?jī)?nèi)容有:

以高強(qiáng)、高韌、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料和滿足各種極端服役條件的先進(jìn)材料為背景,開展材料跨尺度力學(xué)行為與材料設(shè)計(jì)研究,探討跨越不同尺度的描述方法及突變出現(xiàn)的規(guī)律。
表面 / 界面物理力學(xué),重點(diǎn)關(guān)注多場(chǎng)耦合下“固-液”界面移動(dòng)接觸線問題, “固-固”界面納微米接觸、摩擦、潤(rùn)滑、吸合和黏附等問題,“固 - 生物”界面的生物組織與固體材料表面接觸和黏附相互作用。
稀薄氣體動(dòng)力學(xué),重點(diǎn)關(guān)注近空間飛行環(huán)境預(yù)報(bào)與分子漲落特性、過渡稀薄氣體區(qū)域的求解等研究。
微重力流體物理與空間生命科學(xué),重點(diǎn)關(guān)注長(zhǎng)期微重力環(huán)境下的流動(dòng)、傳熱、燃燒及空間生命科學(xué)問題研究。
高能束流與物質(zhì)的相互作用,重點(diǎn)關(guān)注強(qiáng)激光輻照下材料和結(jié)構(gòu)中的能量耦合、瞬態(tài)熱傳導(dǎo)、熱應(yīng)力與熱沖擊、相變與化學(xué)反應(yīng)及失效行為等復(fù)雜多場(chǎng)耦合問題。
納微尺度流動(dòng)與輸運(yùn)規(guī)律、復(fù)雜流動(dòng)與輸運(yùn)現(xiàn)象中的電磁及化學(xué)反應(yīng)耦合等。