第一章流動(dòng)現(xiàn)象的宏觀認(rèn)知第二章簡(jiǎn)單流動(dòng)的數(shù)學(xué)建模與工程應(yīng)用第三章復(fù)雜流動(dòng)的混沌特性與多尺度分析第四章簡(jiǎn)單流動(dòng)與復(fù)雜流動(dòng)的判別標(biāo)準(zhǔn)第五章簡(jiǎn)單流動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法第六章復(fù)雜流動(dòng)的主動(dòng)控制技術(shù)01第一章流動(dòng)現(xiàn)象的宏觀認(rèn)知流動(dòng)現(xiàn)象的多樣性觀察城市交通流河流湍流人體血液循環(huán)清晨城市交通的擁堵與早高峰的潮汐式車(chē)流河流中泥沙的懸浮與沉積物的緩慢堆積人體血液循環(huán)的脈沖式搏動(dòng)與毛細(xì)血管的細(xì)微滲流流動(dòng)現(xiàn)象的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)雷諾數(shù)（Re）普朗特?cái)?shù)（Pr）納維-斯托克斯方程根據(jù)雷諾數(shù)（Re）分類(lèi)流動(dòng)現(xiàn)象，Re<200為層流，Re>200為湍流普朗特?cái)?shù)（Pr）反映流體的粘性特性，Pr<1為低粘性流體，Pr>1為高粘性流體納維-斯托克斯方程的解耦程度決定流動(dòng)的復(fù)雜性，解耦程度高則流動(dòng)簡(jiǎn)單典型流動(dòng)現(xiàn)象分析層流管道湍流管道邊界層流動(dòng)層流管道中的流體速度分布呈拋物線形，且流動(dòng)穩(wěn)定湍流管道中的流體速度分布隨機(jī)，且存在渦旋結(jié)構(gòu)邊界層流動(dòng)中，流體速度從零逐漸增加到自由流速度，存在層流和湍流兩種狀態(tài)02第二章簡(jiǎn)單流動(dòng)的數(shù)學(xué)建模與工程應(yīng)用簡(jiǎn)單流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型理想流體模型層流模型可壓縮流體模型理想流體模型假設(shè)流體無(wú)粘性且不可壓縮，適用于高速氣流和低壓流動(dòng)層流模型假設(shè)流體速度梯度較小，流動(dòng)穩(wěn)定，適用于低雷諾數(shù)流動(dòng)可壓縮流體模型考慮流體密度的變化，適用于高速氣流和高雷諾數(shù)流動(dòng)簡(jiǎn)單流動(dòng)的工程應(yīng)用管道輸送冷卻系統(tǒng)水力發(fā)電簡(jiǎn)單流動(dòng)的管道輸送系統(tǒng)可降低能耗，提高輸送效率簡(jiǎn)單流動(dòng)的冷卻系統(tǒng)可提高散熱效率，延長(zhǎng)設(shè)備壽命簡(jiǎn)單流動(dòng)的水力發(fā)電系統(tǒng)可提高發(fā)電效率，降低發(fā)電成本03第三章復(fù)雜流動(dòng)的混沌特性與多尺度分析復(fù)雜流動(dòng)的混沌特性渦結(jié)構(gòu)能量耗散間歇性復(fù)雜流動(dòng)中存在不同尺度的渦結(jié)構(gòu)，包括大渦和小渦，這些渦結(jié)構(gòu)對(duì)流動(dòng)特性有重要影響復(fù)雜流動(dòng)中的能量耗散主要發(fā)生在湍流區(qū)，能量耗散率越高，流動(dòng)越復(fù)雜復(fù)雜流動(dòng)中的間歇性表現(xiàn)為流動(dòng)狀態(tài)的隨機(jī)變化，使得流動(dòng)難以預(yù)測(cè)復(fù)雜流動(dòng)的多尺度分析直接數(shù)值模擬（DNS）大渦模擬（LES）混合模擬DNS方法可以完全解析流動(dòng)的所有尺度，但計(jì)算成本非常高LES方法可以解析大尺度渦結(jié)構(gòu)，計(jì)算成本相對(duì)較低混合模擬結(jié)合DNS和LES的優(yōu)點(diǎn)，適用于不同尺度的流動(dòng)分析04第四章簡(jiǎn)單流動(dòng)與復(fù)雜流動(dòng)的判別標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)單流動(dòng)與復(fù)雜流動(dòng)的判別方法雷諾數(shù)判別法湍流強(qiáng)度判別法能量耗散率判別法雷諾數(shù)判別法根據(jù)雷諾數(shù)的大小來(lái)判斷流動(dòng)是層流還是湍流湍流強(qiáng)度判別法根據(jù)湍流強(qiáng)度的大小來(lái)判斷流動(dòng)的復(fù)雜性能量耗散率判別法根據(jù)能量耗散率的大小來(lái)判斷流動(dòng)的復(fù)雜性簡(jiǎn)單流動(dòng)與復(fù)雜流動(dòng)的判別標(biāo)準(zhǔn)雷諾數(shù)湍流強(qiáng)度能量耗散率雷諾數(shù)是判斷流動(dòng)是層流還是湍流的重要參數(shù)，雷諾數(shù)小于200為層流，雷諾數(shù)大于200為湍流湍流強(qiáng)度是判斷流動(dòng)復(fù)雜性的重要參數(shù)，湍流強(qiáng)度越大，流動(dòng)越復(fù)雜能量耗散率是判斷流動(dòng)復(fù)雜性的重要參數(shù)，能量耗散率越高，流動(dòng)越復(fù)雜05第五章簡(jiǎn)單流動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單流動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法邊界條件調(diào)控流場(chǎng)均勻化氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性分析邊界條件調(diào)控可以改善流動(dòng)特性，提高流動(dòng)效率流場(chǎng)均勻化可以減少流動(dòng)阻力，提高流動(dòng)效率氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性分析可以預(yù)測(cè)流動(dòng)引起的振動(dòng)，從而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單流動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)案例管道輸送系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)冷卻塔管道輸送系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以提高輸送效率，降低能耗冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以提高散熱效率，延長(zhǎng)設(shè)備壽命冷卻塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以降低能耗，提高冷卻效率06第六章復(fù)雜流動(dòng)的主動(dòng)控制技術(shù)復(fù)雜流動(dòng)的主動(dòng)控制方法噴氣控制吹吸聯(lián)合控制電磁主動(dòng)控制噴氣控制通過(guò)在流動(dòng)區(qū)域引入人工渦結(jié)構(gòu)來(lái)改變流動(dòng)特性吹吸聯(lián)合控制通過(guò)吹氣和吸氣來(lái)改變流動(dòng)特性電磁主動(dòng)控制通過(guò)電磁場(chǎng)來(lái)改變流動(dòng)特性復(fù)雜流動(dòng)的主動(dòng)控制案例地鐵隧道風(fēng)力發(fā)電機(jī)水輪機(jī)地鐵隧道的主動(dòng)控制可以減少振動(dòng)，提高乘客舒適度風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主動(dòng)控制可以提高發(fā)電效率，降低發(fā)電成本水輪機(jī)的主動(dòng)控制可以提高發(fā)電效率，降低發(fā)電成本07第七章總結(jié)與展望總結(jié)本報(bào)告詳細(xì)分析了簡(jiǎn)單流動(dòng)與復(fù)雜流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型、工程應(yīng)用和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。簡(jiǎn)單流動(dòng)適用于低雷諾數(shù)、層流狀態(tài)，可通過(guò)理想流體模型、層流模型和可壓縮流體模型進(jìn)行描述，廣泛應(yīng)用于管道輸送、冷卻系統(tǒng)和水力發(fā)電等領(lǐng)域。復(fù)雜流動(dòng)則表現(xiàn)為湍流、可壓縮性和多尺度特性，需要采用直接數(shù)值模擬（DNS）、大渦模擬（LES）和混合模擬進(jìn)行分析，常見(jiàn)于高速氣流、高雷諾數(shù)和高能消耗場(chǎng)景。