第一章緒論：工程熱力學(xué)與流動(dòng)模式耦合的背景與意義第二章理論模型與數(shù)值方法：流場(chǎng)-溫度場(chǎng)耦合的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)第三章典型工況的仿真驗(yàn)證：流場(chǎng)-溫度場(chǎng)耦合效果量化第四章跨尺度耦合分析：從微納到宏觀系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)第五章工業(yè)應(yīng)用案例：耦合分析在工程實(shí)踐中的價(jià)值第六章結(jié)論與展望：耦合分析的未來(lái)發(fā)展方向01第一章緒論：工程熱力學(xué)與流動(dòng)模式耦合的背景與意義引言——現(xiàn)代工程中的熱力學(xué)與流動(dòng)耦合挑戰(zhàn)國(guó)際空間站太陽(yáng)能帆板的熱管理案例能源效率提升的全球影響研究問(wèn)題提出極端溫度環(huán)境下的熱傳導(dǎo)效率挑戰(zhàn)工業(yè)熱交換器導(dǎo)致的能源浪費(fèi)與優(yōu)化潛力流場(chǎng)-溫度場(chǎng)耦合模型的建立與工程應(yīng)用工程背景——典型耦合現(xiàn)象案例分析案例1：航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的熱噴管高溫燃?xì)馀c流動(dòng)模式的耦合效應(yīng)案例2：核電站重水反應(yīng)堆的堆芯流動(dòng)自然對(duì)流換熱與溫度偏差的控制案例3：芯片級(jí)液冷散熱微納米通道中的流動(dòng)沸騰與溫度分布研究現(xiàn)狀——國(guó)內(nèi)外耦合分析技術(shù)對(duì)比美國(guó)技術(shù)進(jìn)展CFD-DEM多相流模型與核反應(yīng)堆熔鹽流動(dòng)分析德國(guó)技術(shù)進(jìn)展FlowMaster軟件與汽車熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)技術(shù)進(jìn)展JHTCFD耦合平臺(tái)與ML-DEM代理模型技術(shù)空白點(diǎn)跨尺度耦合數(shù)據(jù)庫(kù)與多物理場(chǎng)數(shù)據(jù)同化技術(shù)研究框架與目標(biāo)研究框架理論模型、數(shù)值方法與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的整合短期目標(biāo)完成航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱噴管耦合仿真與GPU加速算法開(kāi)發(fā)中期目標(biāo)建立跨尺度耦合數(shù)據(jù)庫(kù)，覆蓋12個(gè)量級(jí)長(zhǎng)期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)數(shù)據(jù)同化，提升仿真精度至±1°C章節(jié)安排分六章節(jié)詳細(xì)闡述研究?jī)?nèi)容02第二章理論模型與數(shù)值方法：流場(chǎng)-溫度場(chǎng)耦合的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)引言——耦合物理模型的數(shù)學(xué)表達(dá)流場(chǎng)控制方程組非均勻介質(zhì)熱力學(xué)第一定律耦合問(wèn)題核心矛盾連續(xù)性方程、動(dòng)量方程與能量方程的建立相變潛熱與內(nèi)能變化的關(guān)系流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的相互影響機(jī)制數(shù)值方法對(duì)比——傳統(tǒng)與新興求解策略傳統(tǒng)方法SIMPLE與PISO算法的優(yōu)缺點(diǎn)分析新興方法UDF與并行迭代法的應(yīng)用與挑戰(zhàn)創(chuàng)新點(diǎn)時(shí)間-空間交錯(cuò)格式的提出與優(yōu)勢(shì)湍流模型與多尺度耦合技術(shù)湍流模型選擇多尺度耦合技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)k-ωSST與DVM-P模型的適用性與局限性LES與能量方程耦合及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的應(yīng)用自適應(yīng)混合模型的提出與優(yōu)勢(shì)算法實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證算法實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證案例算法穩(wěn)定性CUDA平臺(tái)移植與內(nèi)存帶寬優(yōu)化NACA0012翼型與芯片級(jí)流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能量方程加權(quán)處理與穩(wěn)定性提升03第三章典型工況的仿真驗(yàn)證：流場(chǎng)-溫度場(chǎng)耦合效果量化引言——驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)與仿真環(huán)境設(shè)置驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)備仿真環(huán)境設(shè)置實(shí)驗(yàn)與仿真對(duì)比計(jì)劃微通道流動(dòng)-熱耦合測(cè)試臺(tái)的詳細(xì)配置網(wǎng)格密度、時(shí)間步長(zhǎng)與收斂標(biāo)準(zhǔn)的確定不同工況下的驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)層流耦合現(xiàn)象分析——微通道自然對(duì)流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)雷諾數(shù)與努塞爾數(shù)的測(cè)量結(jié)果仿真結(jié)果溫度梯度與壁面熱流密度的分布耦合效應(yīng)熱耦合對(duì)流動(dòng)與傳熱的影響分析湍流耦合現(xiàn)象分析——葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)仿真結(jié)果耦合效應(yīng)壓力脈動(dòng)與溫度波動(dòng)的測(cè)量結(jié)果湍流渦結(jié)構(gòu)與壓力脈動(dòng)的預(yù)測(cè)湍流對(duì)溫度場(chǎng)的影響機(jī)制分析相變耦合現(xiàn)象分析——微通道沸騰實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)仿真結(jié)果耦合效應(yīng)汽液兩相體積比與成核頻率的測(cè)量蒸氣泡形成與液膜厚度的預(yù)測(cè)相變對(duì)溫度場(chǎng)的影響機(jī)制分析04第四章跨尺度耦合分析：從微納到宏觀系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)引言——多尺度問(wèn)題建模挑戰(zhàn)尺度跳變問(wèn)題數(shù)據(jù)缺失研究目標(biāo)微尺度與宏觀尺度模型的差異與銜接缺乏極端工況數(shù)據(jù)的解決方案建立跨尺度數(shù)據(jù)庫(kù)與尺度轉(zhuǎn)換函數(shù)多尺度模型構(gòu)建——基于代理模型的降階方法代理模型高斯過(guò)程擬合DNS數(shù)據(jù)的應(yīng)用案例尺度轉(zhuǎn)換函數(shù)冪律函數(shù)的應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證創(chuàng)新點(diǎn)基于傅里葉變換的尺度關(guān)聯(lián)方法多尺度實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——跨尺度流動(dòng)沸騰測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè)置實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證方法雙尺度實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與配置頻率比與成核密度的測(cè)量數(shù)據(jù)交叉驗(yàn)證技術(shù)評(píng)估模型泛化能力多尺度工業(yè)應(yīng)用——核電堆芯流動(dòng)分析應(yīng)用場(chǎng)景模型應(yīng)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證CAP1400堆芯設(shè)計(jì)中的流動(dòng)沸騰問(wèn)題多物理場(chǎng)仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)優(yōu)化方案多尺度分析對(duì)核電設(shè)計(jì)的實(shí)際影響05第五章工業(yè)應(yīng)用案例：耦合分析在工程實(shí)踐中的價(jià)值引言——典型工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景場(chǎng)景1：航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理優(yōu)化場(chǎng)景2：半導(dǎo)體芯片散熱設(shè)計(jì)場(chǎng)景3：風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片冷卻熱噴管設(shè)計(jì)中的熱應(yīng)力問(wèn)題熱島效應(yīng)與散熱優(yōu)化熱變形與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例1：航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱噴管優(yōu)化優(yōu)化目標(biāo)提高傳熱效率與降低熱應(yīng)力仿真分析多區(qū)域耦合模型與優(yōu)化方案實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際效果案例2：半導(dǎo)體芯片散熱設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)仿真分析實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證降低芯片最高溫度與提高散熱效率多物理場(chǎng)仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)優(yōu)化方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際效果案例3：風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片冷卻優(yōu)化目標(biāo)仿真分析實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證降低葉片內(nèi)部溫度與減少熱變形多物理場(chǎng)仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)優(yōu)化方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際效果06第六章結(jié)論與展望：耦合分析的未來(lái)發(fā)展方向引言——研究主要成果理論成果技術(shù)成果應(yīng)用成果廣義耦合控制方程組與弱解理論GPU加速耦合求解器與測(cè)試臺(tái)驗(yàn)證工業(yè)案例的優(yōu)化效果研究局限性模型局限性實(shí)驗(yàn)局限性數(shù)據(jù)局限性湍流模型與多物理場(chǎng)數(shù)據(jù)同化的不足微尺度實(shí)驗(yàn)設(shè)備與宏觀尺度實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)極端工況與多尺度數(shù)據(jù)庫(kù)的缺失未來(lái)研究方向理論方向技術(shù)方向應(yīng)用方向廣義非平衡熱力學(xué)模