首届涡与湍流研讨会成功举办

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        【本站消息】由上海理工大学主办，南航、北航、复旦、同济等院校协办的“首届涡和湍流若干关键问题研究进展和再认识研讨会”于2017年12月16～17日成功举办。会议采用自由讨论形式，围绕刘超群教授提出的新的旋涡定义和湍流理论进行讨论，会场气氛热烈、热闹，大家畅所欲言，思想互相碰撞，收到良好效果。会上蔡小舒教授、刘沛清教授、徐弘一教授等专家学者也以报告形式介绍了激光连续测速技术、气动噪声研究、湍流各向同/异性运动、水轮机湍流模拟和涡辨识方法等方面的研究工作。

图1 蔡小舒教授致欢迎词

        美国得克萨斯州立大学阿灵顿分校的刘超群教授在湍流研究领域耕耘多年，这次讨论会上刘老师主要针对湍流研究中缺少对“旋涡（vortex）”的定义，以及湍流生成和保持等问题提出一套新理论。其中关于旋涡的定义是以速度梯度为基础，将涡量（vorticity）分解为旋转向量（R向量）和剪切向量（S向量），然后将R向量定义为“旋涡（vortex）”，从而给出旋涡的数学定义，为后续的湍流理论打下一个基础。这个旋涡定义是唯象的，即不论当地涡量是否为零，只要在做旋转运动就算作“旋涡”。刘老师在介绍旋转时特意将其称之为“刚体旋转”，意即将所有变形部分排除，只考虑单纯的旋转运动，变形部分则统统归之于S向量。讨论会上也有老师建议将这个R向量称之为Rortex，即将Rotation和Vortex合并而成的一个新词，以免与在此之前的研究中提到的“旋涡（Vortex）”相冲突。

图2 刘超群教授开始介绍湍流新理论

图3 旋涡的数学定义

        在湍流的发生机理和保持机制上，刘超群教授在DNS数值模拟的基础上提出大涡诱导出小涡是湍流发生的主要机理，这与传统理论中将大涡破碎成小涡看作主要机理有明显区别。传统理论从Kolmogrov的湍流能量谱（-5/3律）出发，认为旋涡中的能量是从大尺度旋涡向小尺度旋涡逐级传递，并最终在kolmogrov尺度上耗散，而“逐级传递”是经由大旋涡破碎为小旋涡实现的。刘老师则认为湍流的发生实际上是大涡在边界层中诱导出小涡实现的，在DNS模拟中并没有看到旋涡破碎。最近的湍流研究中还有很多人认为旋涡的断裂、重联是湍流发生的主要机制，在这一派的理论中，涡管在流动中经历了拉伸、断裂、重联的过程，一个大的旋涡拉断后，重新连结成很多小旋涡，进而导致湍流的发生。刘老师在DNS模拟和运动学分析的基础上认为这个过程也是不可能发生的。

图4 谢锡麟教授解释旋涡的数学定义

图5 同台研讨湍流新理论

        因为刘超群教授的理论很“新”，所以导致争论纷起是必然的，因此会上讨论、会下微信群里的各种争议不断，刘老师对各种不同意见都耐心地一一做了解答。不论大家对刘老师新理论的看法如何，两天的会议让所有与会者深深沉浸在湍流问题的海洋中，期间有老师要求临时插播自己的观点的，也有跑到台上要求刘老师当面推导公式解疑的，还有老师主动跑到台上解释刘老师的数学推导过程的，可以说是热闹非凡，大家也都期待着第二届讨论会的召开。

图6 蔡小舒教授介绍SFSE方法

        除了刘老师的工作，上海理工大学蔡小舒教授向大家展示了一种可以替代PIV方法的SFSE方法，即“连续激光光源较长时间曝光时间轨迹跟踪算法”。我们知道传统PIV方法是将时间间隔很小的两次激光曝光照片为基础，算出示踪粒子的速度，进而得到流场速度的方法。SFSE方法则是在连续曝光的过程中得到示踪粒子的连续的轨迹，进而算出粒子速度和流场速度的方法，为流场测量提供了一种新方法。

图7 徐弘一教授分析涡粘度的各向异性特征

        复旦大学徐弘一教授利用DNS数值模拟建立的大数据基础（方管流动），对涡粘度的各向同性和异性特征进行了对比分析，指出涡粘度模型存在的系统误差。

图8 刘沛清教授介绍气动噪声问题

        北京航空航天大学刘沛清教授回顾了航空气动噪声的研究概况，介绍了北航噪声风洞建设与实验的基本情况。同样来自北航流体所的王隆威回顾了涡识别方法，并介绍他所在的潘翀教授团队在湍流计算方面的工作。
        华北电力大学的张宇宁教授介绍了他们在水力机械研究中遇到的涡和湍流现象。

       （本次会议网址：http://turbulence.csp.escience.cn，会议文件将全部上传到网站上）

周华

——各位老师与同学：我们非常荣幸地邀请到 刘超群教授 本周四上午莅临 复旦大学 进步解释 Rortex 的数学定义与物理意义

时间：12月21日（周四）上午 9点开始 计划至 11点半
地点：复旦大学邯郸路校区 光华楼西辅楼208教室（半圆形教室）

欢迎有兴趣的老师与同学 继续来研讨
联系人：谢锡麟 65643938/13601747708

议题： A Mathematical Definition of Vortex Vector and Vortex
摘要： Although Vortex is ubiquitous in nature, its definition is somewhat ambiguous in the field of fluid dynamics.  In this absence of a rigorous mathematical definition, considerable confusions appear to exist in visualizing and understanding the coherent vortical structures in turbulence.  Cited in our previous studies, vortex cannot be fully represented by vorticity, and vorticity should be further decomposed into a rotational and a non-rotational part, or in other words vortex vector and its shear, respectively. In this paper, we introduce several new concepts, including local fluid rotation at a point and direction of local fluid rotation axis.  Furthermore, we’ll examine the direction and strength of local fluid rotation by investigating the kinematics of a fluid element in 2D and 3D flows, and define the vortex vector to describe the local fluid rotation.  This can be understood as that the direction of vortex vector is equivalent to the direction of the local fluid rotation axis, and the magnitude of vortex vector is the strength of the location fluid rotation which is the rotational part of the vorticity in the direction of the vortex vector. With these new revelations, we want to present a new definition of vortex as the connected region where the vortex vector is not zero, and it follows three core principles: 1. Local in quantity, 2. Galilean invariant, 3. Unique.  In addition, we want to demonstrate that new definition of vortex vector can fully describe the complex vertical structures of turbulence through DNS and LES examples.

周华

这个会还真开出下半场了应复旦大学谢锡麟教授邀请，刘超群老师本周四将坐镇复旦大学再度开讲，感兴趣的老师和同学可以去参与讨论。

onesupeng

午夜场呢？

周华

onesupeng 发表于 2017-12-21 10:28
午夜场呢？

刘老师70多岁了，开午夜场就太辛苦了。

逆行小王子

您好，能不能分享一下刘超群教授的ppt，谢谢！

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逆行小王子 发表于 2018-6-6 22:00
您好，能不能分享一下刘超群教授的ppt，谢谢！

去年会议资料在百度网盘上：http://pan.baidu.com/s/1qYiII8s，今年的讨论会将于6月底在浙江大学举办，欢迎下载！欢迎参会！

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