李启兵博士中国博士后基金申请表.doc

+投送一级学科：力学二级学科：流体力学原件 复印件 中国博士后科学基金资助金申请表申请人姓名李启兵编号19183设站单位清华大学流动站名称(一级学科)动力工程与工程热物理进站日期 2002年9 月12 日通讯地址清华大学工程力学系邮政编码100084电话（010）627886742003年 9 月 8 日填表申 请 须 知1. 申请者必须认真阅读现时执行的中国博士后基金资助条例，并按该条例有关规定进行申请。2. 申请者打字填写（如不具备打字条件时，请用钢笔或圆珠笔正楷书写，不要用铅笔填写）本表1至6页，并由两位推荐人在7和8页分别填写推荐意见，报所在设站单位（含经批准招收博士后的非设站单位，下同）。经设站单位在9页填写审核意见后再用B5复印纸进行复制。3. 每位申请者需向中国博士后科学基金会交纳评审资料费100元人民币，未交纳者，不予受理。4. 各设站单位于每年三月十日至三月三十一日或九月十日至九月三十日期间将本单位所有申请者的申请表（一式六份，必含原件）和评审资料费集中汇至中国博士后科学基金会。5. 本表封面上的“原件”和“复印件”系指本份材料是原件或复印件，请在相应的方框内打“”；“编号”系指申请进站时，全国博士后管委会办公室或有关省、市对博士后研究人员的统一编号；“投送学科”系指申请资助项目所属的学科领域。若是交叉学科或跨学科，则应填写所涉及的主要学科名称。学科须按国务院学位委员会公布的标准名称填写。6. 填表必须实事求是，认真翔实，不得虚报或留空。有的栏目如无内容可填，请写上“无”、“未”等字；5若填写不下，可另附纸。姓 名李启兵性 别男出生年月1973.9民 族汉 博士后日常经 费来源 国家资助 单位自筹 企业提供（企业博士后） 来自重大科研项目经费（项目博士后） 学 位获得年月攻读学位单位学位论文题目导 师学学士1997.7清华大学圆射流的大涡模拟苏铭德位情硕士2002.7清华大学高速混合层的二维BGK数值研究符松况博士2002.7清华大学应用BGK格式对可压缩混合层的数值研究符松起止年月单 位研 究 工 作职 务主要1997.1-1997.9清华大学工程力学系主要从事不可压缩湍流的大涡模拟及其在射流中的应用本科生研究1997.9-2002.7清华大学工程力学系主要从事气-动BGK格式的简化及其在可压缩湍流混合层中的应用博士生工作2002.9-现在清华大学工程力学系主要从事高速混合层数值模拟以及湍流相干结构研究博士后经历2003.1-2003.4香港科技大学土木工程系（合作研究）BGK格式在浅水波方程模拟中的应用研究助理主要研究成果：已发表在国内外核心学术刊物上的论文题目、全部作者署名顺序、发表时间、刊登论文的刊物名称以及被SCI、EI、ISR、SSCI收录、引用的情况；获得专利的名称、内容和号码；有何发明创造、技术革新、工艺设计和过程等。请务必具体说明以上成果的科学价值、应用前景、经济效益、社会效益以及本人在这些成果中的主要贡献及所获得奖励的名称、等级和获奖人的排名顺序。1. Li, Q., Fu, S. 2003 Numerical simulation of high-speed planar mixing layer. Computers & Fluids, 32:1357-1377 (SCI、EI收录)2. Li, Q., Chen, H. and Fu, S. 2003 Large-scale vortices in high-speed mixing layers. Phys. Fluids, 15:3240-3244 (SCI收录)3. Fu, S., Li, Q. and Wang, M. 2003 Depicting vortex stretching and vortex relaxing mechanisms. Chin. Phys. Lett. (Accepted) (SCI收录)4. 李启兵，符松 2002 可压缩自由混合层中的输运平衡研究 清华大学学报(自然科学版), 42(8):1087-1090 (EI收录)5. 李启兵，苏铭德 2000 用BGK格式对平面可压缩自由混合剪切流动的数值模拟 空气动力学学报，18(2):229-235 (EI收录)6. 赵建兵，李启兵，章光华，符松 2003 应用BGK格式数值模拟微槽道中的气体流动 清华大学学报(自然科学版) , 43(8):1083-1087 (EI收录)7. 李启兵，符松 2002 一种新的简化气动BGK格式 计算物理, 19(6):471-475.8. 苏铭德，李启兵，王筑 2001 L2逼近高精度格式的基本原理及其应用 计算数学, 23(1):9-259. 李启兵，符松，苏铭德 2000 平面超音速自由混合剪切流动的数值模拟 第六届全国湍流与流动稳定性学术会议暨第三届全国工程紊流与流动模拟学术会议论文集，上海大学出版社，93-9710. Su, M.D, Li, Q., etc., Numerical simulation of plane mixing layer of compressible flow. Proceedings of the eighth Asian congress of fluid mechanics 1999, 286-289 11. Fu, S., Li, Q.B., 3D numerical simulation of planar compressible free mixing layer. ICCFD 2, July, 2002, Sydney.12. Li, Q., Fu, S. Numerical investigation of supersonic mixing layers. TSFP 3, Jun. 2003, Sendai申请资助项目情况名中文BGK格式在高超音速边界层流动中的应用研究称英文Application of BGK scheme in hypersonic boundary layers研究类别 基础研究 应用基础 技术开发 国家重点项目 省市或部门重大项目 自选项目项目来源 863高技术研究项目 国家自然科学基金项目 其它项目 研究经费来 源 及数 额博士后日常经费，数额五千元人民币。项目的具体内容、预期目标及国内外在这方面研究的现状：一、研究内容针对具有重要理论意义和广泛应用背景的高超音速边界层流动问题，利用基于气体分子运动论的BGK格式来数值模拟研究激波/边界层相互作用特征，对比已有动力学方法DSMC(直接蒙特卡罗模拟)、基于连续流的N-S方程的模拟结果以及实验数据，以验证BGK格式对该类包含滑移流到连续流高速流场的模拟能力，研究滑移条件对数值结果的影响，建立对高超声速流动的有效模拟方法，为高速航天器的设计和应用提供理论依据。具体地讲，本课题的研究内容包括：1. 建立一般曲线网格上轴对称/三维气-动BGK格式，拓宽格式的实际应用范围。在此基础上建立隐式BGK格式，以提高格式对定常流动的模拟效率。2. 应用改进后的BGK 格式数值模拟中空圆柱弹头模型绕流问题。根据数值模拟结果研究激波与高超音速边界层相互作用特征，对比实验数据和其他数值模拟结果，研究BGK格式在该类流动问题中的实际模拟能力。3. 对流场中存在滑移流区的流动，本课题将进一步研究滑移条件对数值模拟结果的影响，建立对高超声速绕流问题的有效模拟方法。二、预期目标通过应用BGK格式对高超音速绕流问题的数值模拟研究，揭示该流动的结构特征，检验格式在该类复杂流动中的实际能力，研究滑移边界条件对数值结果精度的影响，建立对包含滑移流和连续流流动的有效模拟方法，为高速航天器的设计和应用提供理论依据。预计在国内外重要学术期刊上发表1-2篇学术论文。三、国内外研究现状激波与高超音速边界层相互作用问题是高速航空航天器运行过程中一种普遍的流动现象。由于碰撞激波和层流边界层的相互作用导致边界层的分离和再附，引起再附点附近热流的显著增加，影响航天器的性能。随着航天科技的迅猛发展，特别是当前美国和澳大利亚等国的高超音速航天器研制过程中出现的一系列挫折，促使人们更加重视包括高超音速激波/边界层相互作用问题在内的流动基础研究，国内外科技工作者们进行了大量的实验和数值计算研究1,2,3,8,9,10,11,12。法国ONERA在高超音速风洞里进行了一个中空圆柱弹头模型实验，由于实验状态下该流动为轴对称层流，因此该模型实验逐渐成为人们检验CFD性能的标准算例1。大量的数值模拟表明，求解NS方程能正确刻画流场的主要特征，但是结果会随计算网格的加密而发生变化，同时模拟出的分离区长度偏大。而用动力学方法DSMC得到的分离点同实验值十分符合，但压力分布与实验值的偏离比NS结果更大一些。随着CFD技术的发展，人们建立了许多基于连续流模型的高精度格式如紧致格式，NND，TVD等，以及基于分子运动论的DSMC方法和直接求解Boltzmann方程的统一算法1,6,7,8,9,10,12，并用于高速边界层流动的数值模拟，取得了较好的结果。但是不少高精度格式都不能保证熵条件，计算结果的可靠性得不到保证。同时由于高超音速流动中可能存在滑移流区，如何引入滑移边界条件也是一个必须面对的问题。DSMC方法在稀薄气体流动模拟中取得了巨大的成功，但其计算量很大，并且由于统计量的涨落导致在模拟连续流动时宏观量可能完全被背景噪声所淹没。这些在一定程度上影响了其实际工程应用范围。近年来，为适应航天飞行器发展的需要，香港科技大学徐昆博士从微观分子动力学理论出发，提出了基于Boltzmann方程的气-动BGK格式5。该格式自动满足熵条件，具有较好的稳健性和低密度计算中的保正性。可以证明，在物理量连续变化的条件下，该方法等价于NS方程，而对于物理量不连续变化的情况下，它可以求得比基于Riemann解的格式更好的结果。另外，由于求解过程基于分子分布函数，很容易直接引入滑移边界条件。该方法已逐步在化学反应流动、多相流动、稀薄气体流动、不可压缩流动、水波运动以及磁流体中得到了广泛的应用。作者对BGK格式做了适当的简化并将其实际应用到可压缩湍流混合层流动的数值研究，最近又通过引入滑移条件将格式应用到微槽道流动的数值模拟，均取得了较好的结果。研究表明13，在Knudsen数较大（）时，BGK格式模拟得到的结果与DSMC仍然符合得很好。另外，当前BGK格式均为显式格式，受CFL数限制，在定常流动的模拟中效率难以提高。建立曲线网格上的隐式BGK格式，并将其应用到高超音速激波/边界层相互作用这一十分重要的课题展开研究是很有必要的，同时也是可行的。参考文献1 A. Graur, M.S. Ivanov, G.N. Markelov, et al. Comparison of kinetic and continuum approaches for simulation of shock wave/boundary layer interaction. Shock Waves 12, 343 (2003)2 R. Hillier, R.R. Boyce, S.A. Creighton, et al. Development of some hypersonic benchmark flows using CFD and experiment. Shock waves 13, 375 (2003)3 A.F.P. Houwing, D.R. Smith, J.S. Fox, et al., Laminar boundary layer separation at a fin-body junction in a hypersonic flow, Shock Waves. 11, 31 (2001)4 E.S. Oran, C.K. Oh and B.Z. Cybyk, Direct simulation Mone Carlo: Recent advances and application. Ann. Rev. Fluid Mech. 30, 403 (1998)5 K. Xu, A gas-kinetic BGK scheme ofr the Navier-Stokes equations, and its connection with artificial dissipation and Godunov method. J. Comput. Phys. 171, 289 (2001)6 D.X. Fu and Y.W. Ma, A high order accurate difference scheme for complex flow fields. J. Comput. Phys. 134, 1 (1997)7 沈青，稀薄气体动力学 北京：国防工业出版社 (2003)8 李志辉，张涵信, 稀薄流到连续流的气体运动论统一数值算法初步研究 空气动力学学报 18,252 (2000)9 闫超，陈靓，激波/边界层干扰数值模拟的格式效应 航空学报 17(S1), 67 (1996)10 李桦，王磊，王承尧，高超音速粘性流场数值计算中差分格式的对比分析 国防科技大学学报 21, 1 (1999)11 乐嘉陵等，高超声速飞行器表面气动热和粘性摩擦力计算 流体力学实验与测量 16, 1 (2002)12 张树道,司徒明,韩肇元，SFD方法模拟高超声速进气道中激波与边界层干扰 推进技术 21, 15 (2000)13 赵建兵，李启兵，章光华，符松，应用BGK格式数值模拟微槽道中的气体流动 清华大学学报(自然科学版) , 43(8):1083 (2003)目的科学意义、学术价值、应用前景、解决什么前人尚未解决的问题并务必说明本人的创新之处及主要特色： 由于碰撞激波和层流边界层的相互作用导致边界层的分离和再附，引起再附点附近热流的显著增加，影响航天器的性能。通过对该流动的数值模拟研究，一方面可以检验BGK格式对该类包含滑移流到连续流高速流场的模拟能力，研究滑移条件对数值结果的影响，拓宽其实际应用领域；由于在该类流动中BGK格式较DSMC和直接求解Boltzmann方程具有更高的效率，并且BGK格式将粘性通量和无粘通量统一计算，能更好地模拟物面热流，因此通过本课题的研究可以建立起对高超声速流动的有效模拟方法；同时通过研究激波与高超声速边界层相互作用的特征，可以为高速航天器的设计和应用提供一定的理论基础。另外有望在此基础上研究激波/湍流边界层流动，为高速流动中湍流模式的建立提供一定的基础。因此，本课题的研究同时具有重要的科学意义和广泛的应用前景。本课题的主要创新之处：（1） 通过将BGK格式拓宽到三维或者轴对称一般曲线网格上，有利于格式的实际应用。隐式BGK格式的建立有助于提高格式对定常流动的模拟效率（2） 通过在格式中引入滑移边界条件，研究滑移条件对数值模拟结果的影响，可以进一步拓宽格式从连续流到滑移流的应用范围，建立起对高超声速流动的有效模拟方法。（3） 通过对比实验数据以及他人数值模拟结果，研究高超音速激波/边界层流动的特征，为高速航天器的设计和应用提供理论依据。总之，高超音速激波/边界层相互作用问题与BGK格式的应用推广的研究都是目前国际上关注的热点。本文所提出的研究内容具有重要的科学意义和应用背景，目前没有见诸文献，有望能够获得一些有价值的研究成果。拟采用的研究方法、实验方案、技术路线： 将BGK格式推广到三维/轴对称情况以及隐式形式，建立曲线网格单元界面上通量的计算方法，同时在分子分布函数中直接引入滑移边界条件。然后将建立的格式应用到中空轴对称圆柱弹头模型的数值模拟，对比实验和他人已有计算数据，特别是压力和热流的分布情况，检验格式对该类存在从连续流到滑移流流场的模拟能力。同时研究高超音速激波/边界层流动的特征，为高速航天器的设计和应用提供理论依据。课题申请人在对BGK格式的简化以及将其实际应用到可压缩湍流混合层流动，以及通过引入滑移条件应用到微槽道流动的数值研究方面做了一定的工作，积累了一定的经验，保证了本课题的顺利实施。研究工作的总体计划及目前进展情况：2003年10月2003年12月： 研究建立三维/轴对称曲线网格上的气-动BGK格式，并初步应用到中空轴对称圆柱弹头模型的数值模拟。2004年1月2003年3月：建立隐式BGK格式，并在格式中引入滑移边界条件，研究滑移边界条件对数值模拟结果的影响。2004年4月2004年6月： 进一步研究高超音速激波/边界层流动特征。预计完成1-2篇学术论文投寄给重要学术期刊。2004年7月2004年8月： 出站总结。出站以后，将继续进行这方面的工作。目前对国内外研究现状的调研、分析和研究方案等工作已基本完成。现有条件（参加该项目工作的科研人员简况、仪器设备、实验材料、图书资料等）与尚缺的条件： 课题申请人自1997年9月免试进入清华大学工程力学系直接攻读流体力学博士学位以来，先后从事不可压缩湍流流动的大涡模拟研究、高精度格式研究，同时在对BGK格式的简化以及将其实际应用到可压缩湍流混合层流动，通过引入滑移条件应用到微槽道流动，以及应用BGK格式模拟浅水波方程等数值研究方面做了大量的工作，积累了一定的经验，已取得了一些具有创新意义的成果，已发表和被接收论文12篇。 申请人所在的研究组内的教师和研究生从事相近或相关课题的研究，具有良好的学术和合作气氛。申请人所在的清华大学流体所目前拥有19节点微机并行机群，这些条件能很好地支持本研究的进行。本项目除申请人外还有如下人员参加：陈建国，清华大学工程力学系流体所博士生（2000年9月入学，导师：符松教授）。尚缺的条件：本课题有大量的数值计算工作，目前缺少部分微机升级更新费用、学术交流费和资料费等 申请资助等级与金额一 等，人民币：三万元使用资助金的计划及用途：1、计算机升级更新：15000元2、论文版面费、邮费：5000元3、国内会议的会务费、出差费：3000元4、资料费、复印费：2000元5、计算机耗材（硒鼓、打印纸等）5000元推荐人意见（请对项目的意义、具体内容、创新点、主要特色和取得预期成果的可能性，申请人的学术水平及研究能力等进行评议）： 激波/边界层相互作用问题的研究对高超音速飞行器的设计具有十分重要的意义。该项目对当前比较新颖的BGK格式加以改进和实用化，并用以研究激波/边界层流动的特征、滑移边界条件对数值模拟结果的影响，建立对高超音速流动的有效模拟方法，是一项很有价值的工作。项目申请者通过博士论文阶段对BGK格式和可压缩混合层的研究，为本项目的完成打下了坚实的基础，体现出了较强的独立科研工作能力，保证了该项目能取得预期的成果。鉴于课题的重要性，同时考虑到研究经费紧张，故此推荐李启兵申请中国博士后科学基金一等资助金。推荐人姓名： 职称： 专业：推荐人单位： 签字或盖章： 2003年 9 月 9 日注：填写推荐人姓名时，请正楷书写推荐人意见（请对项目的意义、具体内容、创新点、主要特色和取得预期成果的可能性，申请人的学术水平及研究能力等进行评议）：高超音速边界层中激波与层流边界的相互作用由于碰撞激波和边界层的相互作用导致边界层的分离和再附，引起再附点附近热流的显著增加，影响航天器的性能。通过该流动的数值模拟研究，一方面可以验证BGK格式对该类包含滑移流到连续流高速流场的模拟能力，研究滑移条件对数值结果的影响，拓宽其实际应用领域，建立起对高超声速流动的有效模拟方法；同时通过研究激波/边界层流动的特征，可以为高速航天器的设计和应用提供一定的理论基础。李启兵博士的此项申请具有重要的科学意义和应用价值，在国内外目前很少有人从事这一方面的工作。其研究方案是合理可行的，项目具有明显