能源与环境工程中的多尺度、跨尺度问题研究

本项目对流动、传热与传质过程中的空间多尺度现象，以能源与环境领域中的几个典型多尺度工程问题为具体研究对象，发展高效的多尺度数值求解方式，深入研究不同尺度上尤其是介观和微观层次上的流动、传热与传质现象，揭示不同尺度上流动、传热与传质过程之间的耦合机制。在数值模拟方面：构建MD、DSMC与其它数值方法耦合的重构算子，发展分区计算、界面耦合多尺度数值求解方法；完善分层计算、逐级传递多尺度求解方法；发展湍流流动中壁面粘性影响区和外层之间高效，准确的信息交换方法。在实验方面：基于质子交换膜燃料电池、太阳能空气吸热器及城市小区空气品质及污染物散发实验，发展相应的多尺度问题的实验方法，获得一批可靠的实验数据，为考核与完善所建立的多尺度数值方法提供实验依据。通过本项目的执行不仅可以大力提高我国在能源与环境工程领域中多尺度问题数值模拟研究的国际地位，而且对相关的工程问题也有一定的指导与参考意义。

本项目以能源与环境学科中几个典型的多尺度流动、传热与传质工程问题为结合点，以本团队上一个重点基金研究结果为基础，着重开展多尺度数值模拟中一些关键数值问题的研究，并辅以必要的实验测定，发展有效的适用于流动、传热与传质问题的多尺度数值研究方法，构建高效稳定的多尺度计算体系。进一步揭示不同尺度上流动、传热与传质过程之间的耦合机制。在数值研究方面：构建了联系LBM及FVM的统一标量重构算子，并将其扩展应用到可压缩流动模拟中；采用LBM方法成功模拟核态沸腾模，克服了现有文献中能量方程处理中的一些欠妥之处；通过数值风洞确认了外掠楼宇与街区的流动存在与雷诺数密切相关及微弱相关的两个区域；并且提出了相对变化率5%作为确定与雷诺无关流动临界雷诺数的依据；实验研究方面：基于质子交换膜燃料电池、太阳能空气吸热器及大型湿热风洞的实验，发展相应的多尺度问题的实验方法，深入研究了其中所发生的多尺度现象的基本规律，为考核与完善所建立的多尺度模型和数值方法提供实验依据。