蒋河川，2021年获得清华大学工学博士学位，师从孙超教授，研究方向为超重力热湍流、复杂边界流动，曾于2019年前往美国哈佛大学进行学术交流访问，累计在Science Advances， Physical Review Letters等国际顶级杂志上发表五篇学术论文。曾担任清华大学本科辅导员，曾获得清华大学优秀博士毕业生、清华大学优秀博士学位论文、国家奖学金、清华大学“一二·九”辅导员奖、清华大学优秀学生干部等奖励。现就职于中国华能集团，从事清洁能源技术开发工作。

第1章  引言 1

1.1  研究背景和意义 1

1.2  研究现状 3

1.2.1  瑞利-伯纳德对流 3

1.2.2  湍流传热与湍流终极区间 5

1.2.3  边界层、羽流和大尺度环流动力学特性 9

1.2.4  旋转效应对热对流的影响 11

1.2.5  壁面粗糙结构对热对流的影响 15

1.3  研究目的与内容 17

1.4  本书结构 19

第2章  实验和数值方法 21

2.1  旋转超重力热湍流实验平台 21

2.1.1  圆环对流槽系统 21

2.1.2  测量系统 24

2.1.3  漏热补偿和安全保护系统 29

2.1.4  机电控制系统 30

2.2  粗糙表面湍流热对流实验平台 32

2.2.1  粗糙表面对流槽结构 32

2.2.2  阴影法流动可视化技术 34

2.3  数值方法 35

2.3.1  旋转超重力热湍流模拟 35

2.3.2  粗糙表面湍流热对流系统模拟 41

第3章  旋转效应对超重力热湍流系统的影响 45

3.1  研究目的 45

3.2  离心力随半径变化对超重力热湍流系统的影响 46

3.2.1  离心力随半径变化对系统传热特性的影响 47

3.2.2  离心力随半径变化对系统流动特性的影响 48

3.3  科里奥利力对超重力热湍流系统的影响 49

3.3.1  科里奥利力对系统传热特性的影响 50

3.3.2  科里奥利力对系统流动特性的影响 51

3.4  纬向流 55

3.4.1  纬向流在实验中的发现与条纹图法流动显示 55

3.4.2  产生纬向流的物理原因 58

第4章  高瑞利数下的湍流传热与湍流终极区间 62

4.1  研究目的 62

4.2  实验过程 63

4.3  阶段一：方案验证与标度律转变初探 67

4.3.1  旋转超重力系统的传热特性 68

4.3.2  标度律转变的两种可能解释 70

4.4  阶段二：探索湍流终极区间 71

4.4.1  湍流终极区间下的传热特性 71

4.4.2  达到湍流终极区间的证据与湍流终极区间下的流动特性 74

第5章  非对称费曼棘齿结构对瑞利-伯纳德对流系统的影响 78

5.1  研究目的 78

5.2  大尺度环流动力学特性 81

5.2.1  实验中大尺度环流方向的判定 82

5.2.2  大尺度环流择向统计特性的对称破缺 82

5.3  传热特性 84

5.3.1  传热测量和数值模拟过程 84

5.3.2  大尺度环流方向对传热效率的影响 87

5.4  流动结构 89

5.5  羽流定量统计特性 92

5.5.1  羽流识别 92

5.5.2  羽流面积直方图 93

第6章  非对称费曼棘齿结构对垂直对流系统的影响 95

6.1  研究目的 95

6.2  传热特性 97

6.2.1  实验测量和数值模拟过程 97

6.2.2  棘齿排列方向对传热效率的影响 100

6.3  大尺度环流的动力学特性 103

6.4  温度剖面特性 106

6.4.1  局部平均温度剖面 106

6.4.2  局部传热效率 108

6.5  垂直对流系统和瑞利-伯纳德对流系统的对比 110

第7章  非对称费曼棘齿结构对倾斜对流的影响 113

7.1  研究目的 113

7.2  传热特性随倾斜角的变化 115

7.3  流动特性随倾斜角的变化 118

7.4  局部统计特性对比 120

第8章  总结与展望 124

8.1  全书总结 124

8.2  研究创新点 127

8.3  未来展望 127

参考文献 129

在学期间发表的学术论文与获奖情况 144

致谢 146