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封面文章！船舶学院团队在流体力学顶级期刊《流体力学杂志》发表最新研究成果
5 Q3 R8 e A- n& w近日，哈尔滨工程大学船舶学院流固耦合力学研究团队与德国马格德堡大学、中国科学技术大学合作的最新研究成果《空化涡环驱动的自由液面射流》（Free-surface jetting driven by a cavitating vortex ring）登上流体力学顶级期刊《流体力学杂志》（《Journal of Fluid Mechanics》）封面。团队提出了一种水下高能环状空化气泡生成新方法，并利用环状气泡撞击自由液面，成功生成指向性极高的自由液面射流，拓展了学界对气泡动力学、涡环与界面耦合动力学的理解，为液体环境中能量和物质的远距离定向输运提供了新的思路，在深海资源开发、流体混合和生物打印等领域具有广泛的应用前景。
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: U7 t4 G& D* \& l船舶学院博士研究生张天源为论文第一作者，副教授李帅为通讯作者，哈尔滨工程大学教授张阿漫、中国科学技术大学教授刘罗勤以及马格德堡大学教授克劳斯-迪特·奥尔等为论文作者，哈尔滨工程大学是论文第一署名单位。3 o' Y8 j# P+ w; T ~
7 F; |$ K) P! r; o0 u0 m2 b% o- h7 P自由液面射流是一种在自然界和工业中广泛存在的现象，与气泡的破裂或脉动密切相关，在深海勘探、水力空化、先进打印技术以及无针注射等领域具有重要应用价值。传统气泡动力学理论认为，球形空化气泡在自由液面附近坍塌时会产生两个方向相反的射流：一个向下进入液体内部，另一个则向上穿透自由液面。团队首次利用由管内脉动气泡诱导生成的高能环状空化气泡撞击自由液面，成功产生了单一方向的高速射流。这种射流表现出优异的指向性，其最大高度可达涡环半径的500倍以上。
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团队基于傅汝德数Fr和韦伯数We建立了理论模型，确定了此种高速射流现象产生的临界条件，并验证了该理论在不同空间尺度下的普适性，揭示了惯性力、重力、表面张力在自由液面射流形成过程中的相互竞争机制，全面探讨了空化涡环与自由液面的相互作用，拓展了涡环气泡与多相界面相互作用的新模式。5 p* J1 _/ r( \" F: q1 X7 t% i/ Y
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流固耦合力学研究团队在国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持下，广泛深入开展气泡动力学的各类基础与应用研究，近年来在《流体力学杂志》《计算物理杂志》《物理评论：流体》等领域内顶级期刊上发表百余篇论文，被引1万余次，在国际学术界产生了显著影响。6 U' G W! x/ T' q
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《流体力学杂志》，即《Journal of Fluid Mechanics》是英国剑桥大学出版社旗下的核心期刊，由著名流体力学家George K. Batchelor于1956年创办，是业界公认的流体力学领域顶级期刊。
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论文链接：https://doi.org/10.1017/jfm.2024.1209, d1 \& h+ P8 v
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发表于 2025-2-21 18:37:35
