通過操縱相干結(jié)構(gòu)控制湍流熱傳輸?shù)男路妒?/h1>

2023-04-02 14:44:07 來源： 用戶： 

本課題由夏克清教授(南方科技大學(xué)，中國深圳)及其合作者主要根據(jù)他們過去十年的研究工作進(jìn)行綜述。

作為經(jīng)典物理學(xué)中最后一個(gè)未解決的問題，流體湍流引起了學(xué)術(shù)界和工程界的廣泛關(guān)注。與完全無序的系統(tǒng)相比，湍流的一個(gè)定義特征是存在相干結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在一系列尺度上在空間 - 時(shí)間上相關(guān)。人們早就知道，這些相干結(jié)構(gòu)是湍流中質(zhì)量、動量和熱傳輸?shù)闹饕d體。然而，由于湍流具有強(qiáng)非線性和強(qiáng)耗散等固有特性，如何操縱相干結(jié)構(gòu)來控制湍流輸運(yùn)一直是一個(gè)長期存在的問題。

在過去的十年里，夏教授的團(tuán)隊(duì)在這個(gè)問題上取得了重大進(jìn)展。通過對規(guī)范熱湍流系統(tǒng)(即湍流瑞利-貝納德對流)進(jìn)行一系列研究，他們發(fā)現(xiàn)了一種通過簡單的幾何限制通過相干結(jié)構(gòu)操縱來調(diào)節(jié)湍流熱傳輸?shù)男聶C(jī)制。在這種機(jī)制下，傳熱效率由熱結(jié)構(gòu)的相干性(以其幾何特性為特征)控制，而不是湍流強(qiáng)度。結(jié)果，即使所得的流動慢得多，熱傳輸效率也可以顯著提高。非常重要的是，這種機(jī)制與基于壁界湍流經(jīng)典觀點(diǎn)的流行熱管理方法根本不同，

在評論文章中，夏教授和他的合作者介紹并詳細(xì)解釋了這一新發(fā)現(xiàn)機(jī)制背后的物理圖景，并討論了其在被動熱管理(如電子冷卻)中的潛在應(yīng)用。此外，通過引入受各種動力學(xué)過程(包括旋轉(zhuǎn)、雙擴(kuò)散、磁場、傾斜、聚合物添加劑改性等)影響的熱湍流系統(tǒng)的額外示例，他們進(jìn)一步證明了相干結(jié)構(gòu)操縱的框架如何能夠被推廣以以統(tǒng)一的方式理解看似不同的湍流系統(tǒng)中的熱傳輸行為。這種普遍機(jī)制有望在其他類型的湍流中實(shí)現(xiàn)。

這篇綜述文章還涵蓋了該研究課題的其他重要進(jìn)展，并概述了一些未來的方向。這些不僅為湍流研究和傳熱領(lǐng)域提供了新的理解，而且還促進(jìn)了具有可調(diào)傳輸效率的工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

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