杨越

 

        我研究的方向是流体力学中的湍流问题。湍流容易在流速较快的情况下出现,其通常包含大小不一的旋涡与随机运动。从宇宙中的超新星爆炸到生活中水龙头下湍急的水流,湍流在我们的世界中无处不在。在实际的工程应用中,湍流的影响像是一把双刃剑。比如当我们坐飞机时会遇到高空湍流引起颠簸的困扰,而飞机发动机中的湍流混合则有益于提高燃烧与推进效率。因此,如何预测以及控制湍流运动是我们解决很多与流动相关问题的关键和难点。

 

        湍流研究具有百余年的历史,其不仅在工程中拥有广泛的应用背景,也是经典物理和非线性偏微分方程中的著名难题。我从十年前开始湍流研究,尽管很多人视之为畏途,但我觉得其理论与工程实践结合强,具有丰富的拓展空间,也是很多不同学科中新理论与方法的练兵场。特别是其研究就像湍流本身一样变幻莫测,有许多难以预料的挫折与惊喜,从中我也获得了很多乐趣。

 

        比如当我们试图利用风中摇曳的烟雾轨迹来研究流动时,在流体力学上称之为基于拉格朗日观点的研究方法。基于拉格朗日观点,我在研究中发展了一套原创的旋涡动力学理论与数值方法。该方法的思想来源于流体力学中具有150余年历史的亥姆霍兹涡量定理,但是突破了原先理论只适用于理想无粘流体的限制,使得我们可以追踪真实流动中旋涡完整的时间演化过程,包括旋涡曲面的连续几何变形与拓扑变化。应用该方法可以直观地展现高速湍流流动中紊乱的旋涡实际是乱中有序,并解释湍流形成过程中关键的动力学问题。在今后的研究中我计划将该方法拓展至更复杂的流动现象,并以此为基础开发可用于精确定量预测的流动计算模型,应用于我国自主研发的飞机翼型与发动机设计。

 

        杨越,1982年生,2004年于浙江大学获热能动力工程专业与计算机科学双学士学位,2007年于中国科学院力学所获流体力学专业硕士学位,2011年于美国加州理工学院获航空专业博士学位。2013年入选中组部“青年千人计划”,现任北京大学工学院力学与工程科学系特聘研究员。

 

        其博士研究工作为流体湍流与涡动力学发展了原创的拉格朗日理论框架与多尺度诊断工具,获加州理工学院Richard Bruce Chapman流体力学杰出研究奖。其结果首次揭示了三维涡面在粘性流体中由层流向湍流转捩过程中的连续几何变形与拓扑变化,直观地解释了尺度级串效应以及多尺度涡结构的相互作用。博士后期间获美国普林斯顿大学燃烧能源中心Combustion Energy Research Fellowship奖励资助,于康奈尔大学、Sandia国家实验室开展湍流燃烧数值模拟研究工作。其间开发的数值程序与低维流形降维方法可以准确预测湍流火焰射流中的主要参量并大幅度降低计算规模。该方法可应用于航空发动机燃烧室数值模拟,精确诊断燃烧过程中关键的熄火与再燃问题。目前研究方向包括湍流理论与模型、湍流燃烧、计算流体力学。

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