2023年5月10日下午15：00，由西安建筑科技大学力学技术研究院（IMT）开展的力学家访谈，在线下成功进行。本期访谈的嘉宾是西北工业大学航空学院李文丰教授。
访谈掠影
力学家访谈源于对力学家的致敬，希望以访谈的形式请他们分享自己的学术成果、科研心得、新思想，以此激励学生的科学研究激情。采访内容如下：
问：边界层近壁测量的挑战是什么？目前有什么解决办法吗？
答：大家对边界层研究关注较多的是湍流边界层。目前湍流边界层的测量挑战是很大的，而层流边界层的测量则比较容易，这是因为层流边界层具有精确的布拉修斯理论解，不需要专门对它进行测量。湍流边界层的测量很难，主要是因为湍流边界层里的流动是多尺度的。流动结构的尺度可以很大，最大的可以达到边界层厚度的几倍，甚至是十倍；流动结构的尺度也可以很小，小到柯尔莫戈夫尺度，这个尺度是非常小的，这表明它流动结构的尺度会跨越几个数量级。在对湍流边界层进行测量的时候，如果要对边界层中大的流动结构进行测量的话，其中小的流动结构可能测不到；如果要测量小的流动结构的话，则要求分辨率很高，但是测量的面积或体积都会小很多，大的流动尺度可能就测不到。所以说，我们很难同时测量湍流边界层中的大尺度和小尺度的流动，这是测量中一个巨大的挑战。
另外一个挑战来自流动的三维特性，很多二维的测量方法无法完全解析三维的流动结构，或者只能得到三维结构的一个截面。
还有一个比较难的点就是在近壁测量时，影响因素很多，从技术层面来讲，壁面会有反光，光学测量的条件不是特别好。如果用热线去测的话，热线在非常靠近壁面的时候会有热传导的问题，导致我们很难测得准。此外，湍流边界层近壁面的剪切很强，如果用探针或者粒子图像测速、LDV来测量，其测量范围是有一个测量体积或者面积的，但是在这个强剪切层里，由于测量体积或者面积太大，没办法去解析这些剪切流动。这是目前存在的几个挑战。
问：对近壁面的流场进行高空间分辨率的测量一般采用的是微粒子追踪测速技术（μ-PTV），那么PTV与PIV技术有什么不同呢？
答：首先我要补充一点，μ-PTV只是其中一种测试技术，还有很多其它的测量方法，究竟采用哪种技术要看你想要研究什么样的流场。比如说我想测非常靠近壁面的流动，这时如果用热线法去测量的话，测量结果就不是特别准确或者说是有一些问题。如果用micro-PTV去测的话，它跟PIV的硬件基本上是一样的，比如相机、激光、相机，用的粒子都是一样的，主要区别就在后处理。PIV主要是通过图像的互相关运算。你可以这样理解，我们需要确定一团粒子的位移，知道位移之后，除以时间，就可以得到速度以及速度场。而PTV是确定流场里散布的每个粒子的位移，单个粒子直径很小，相当于一个点，但是这个点是随机分布的，像PIV是确定一团粒子的位移，我们可以在均匀的网格里对它进行划分，然后做互相关运算，最后可以把它的速度分布和流场分布给出来。而PTV是确定随机点的位移，有粒子的地方有速度矢量，没粒子的地方就没有速度矢量。但是我们可以对PTV进行后处理，把大量的流场堆叠在一起，使它在很小的范围内都有粒子和速度场，就可以很容易计算平均场或脉动场等统计量，但是如果想得到粒子每个时刻的流动变化，还需要去做一些插值，把它们投影到均匀网格上。以上是PTV和PIV技术之间的区别。Micro-PTV和PIV也有各自的特点，比如说micro-PTV在经过一些特殊的处理后，可以把它的空间解析度做的特别高。
问：基于粒子追踪测速的近壁面高空间分辨测量技术，在流动减阻控制研究中有哪些应用？
答：首先我们要研究减阻，需要把摩擦阻力测准。我现在研究的方向是摩擦阻力的减阻，可以用PTV去解析粘性底层。粘性底层的速度跟高度是成正比的，此时存在线性关系u+=y+，通过这个线性关系，可以得到壁面摩擦应力τ，但是这仅存在于粘性底层中。对于湍流边界层来说，粘性底层是很薄的。你们在进行数值模拟时，比如说RANS计算或者LES的计算，当y+<5时，粘性底层里可能是没有网格的，对它是不进行解析的。在做实验的时候也很难，用micro-PTV去测粘性底层的速度分布，可以得出它的速度梯度，再去计算它的壁面摩擦应力，这时就可以判断我采用的控制方法是否适于减阻。这是第一个应用。第二个应用是研究控制方法的减阻机理。控制方法对流动有一定的影响，但是如果想要很准确地找出这些变化，需要保证测量方法的精度很高，能够真实还原流场，可以用micro-PTV测出流场的统计特性，包括雷诺正应力、雷诺切应力、法向速度分布等。
问：国际交流对您的学术道路有什么帮助？
答：我觉得帮助是很大的。因为在硕士期间，其实相当于是没有开始真正的学术研究的，从博士阶段才算是刚踏上学术研究的道路，博士结束的时候算是刚入门，做博士后时才算是我真正开始科学研究的阶段。我读博士时在德国亚琛待了四年半，但是也不能说是国际交流，因为我也就是在那里读书和工作。相比硕士来说，不仅开阔了视野，还可以频繁跟很多国际的知名专家讨论。在国外，每年会参加一到两个国际会议和一到两个国内的会议，但是在国外，他们开的国内会议，对我来说也相当于是国际会议。在国外，周围的环境和科研思想也许都不太一样，思维方式也不太一样，在听知名专家的报告以及与知名的专家讨论交流时，会很大程度地扩展学术视野，带来不同的idea。
采访：汪坤营
撰稿：汪坤营
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