拉格朗日法模拟和分析旋转系统中的湍流性粒子弥散

由于大气污染对人体健康和人类生存环境的危害，研究大气湍流中流体颗粒的弥散非常必要。污染物由于大气湍流运动而迁移和扩散，造成环境污染，其核心是有固体物悬浮的大气湍流运动。我们用格子玻尔兹曼方法结合"虚拟区域"法处理移动流固边界求解两相三维旋转流场，用拉格朗日方法计算表征小尺度湍流运动特性的物理量的动力学统计规律，研究二粒子相对速度在各向同性湍流中的相关时间尺度和时间标度率。最新研究表明流体速度和压强梯度的拉格朗日相关时间尺度是由局域耗能率而非整个流场平均的耗能率来标度的，这是首次从动态的角度为修正的 Kolmogorov自相似假设提供凭据,对揭示Kolmogorov自相似现象有重要的作用。本项目将进一步定量研究粒子相对弥散速度拉格朗日相关时间尺度及其对局域耗能率的标度率，研究旋转以及固体污染物的存在对这些时间标度率的影响，所得的结果会对环境与大气的湍流的湍流建模提供重要的指导性信息。

本项目的三个部分如期进行，前两部分已经正式发表论文5篇（4篇英文，1篇中文），两篇英文发表在Computer & Mathematics with Applications 上，影响因子2.069， 一篇英文发表在Communications in Theoretical Physics上，一篇英文发表在International Journal of Computational Fluid Dynamics上,一篇中文发表在2014年3月期的<<物理学报>> 上。另有两篇还没有正式发表，一篇投Physical Review E (影响因子2.307)，目前在第3次修改中，另一篇就是上面提到的关于湍流初期能量逆向传输的新发现，目前正在撰写论文的过程中，预计在2015年发表。第三部分关于通过多松弛时间因子改进的格子玻尔兹曼-虚拟区域方法的相关研究成果投到Communications in Computational Physics，目前已经通过第1次修改(major revision)，采用格子Boltzmann-虚拟区域方法对于二维流场中多颗粒在沉降过程中碰撞率的研究成果投到International Journal of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow中，目前已经完成第1次修改(minor revision)。采用基于多松弛时间因子的格子玻尔兹曼方法研究Ekman数对均匀各向同性湍流的研究成果投到Archives of Mechanics，目前还处于评审阶段。