2026年3月28日下午，中国科学院大学工程科学学院（简称“国科大工学院”）邀请法国图卢兹流体力学研究所Jacques Magnaudet研究员，于雁栖湖校区教三楼208教室为全校研究生带来一场题为“Flows and forces induced by the translation of a particle in a rotating or linearly stratified flow”的学术讲座。本次讲座由工学院周光照副教授主持，全校师生一百四十余人聆听了本次讲座。
Jacques Magnaudet研究员的讲座包含两个部分，分别讨论了球形颗粒在旋转流体和分层流体中的沉降运动，指出了经典理论在描述此类复杂物理现象时的不足，并通过高精度数值模拟与物理建模，提出了新的理论洞见与预测框架。
讲座伊始，Magnaudet研究员介绍了研究的背景与核心矛盾。他以地球物理流动为背景，引出了球形颗粒在强旋转流体中沿轴沉降这一经典问题。重点指出，自Maxworthy（1970）的著名实验以来，实验观测到的球体阻力在高旋转速率下趋于饱和，这与Stewartson（1952）的经典理论预测的阻力无限线性增长存在矛盾。这一矛盾构成了第一部分研究的起点。为此，研究团队采用高精度直接数值模拟复现了阻力饱和现象，并揭示了流场演化的细节。
接着，Magnaudet研究员详细分析了理论与实验分歧的物理根源。数值模拟结合理论推导表明，在极强旋转条件下，粘性效应相对变弱，科里奥利力强烈抑制了边界层分离，导致球体后方的驻涡尺寸显著缩小。这使得阻力成分从压差阻力主导转变为摩擦阻力主导，而后者在给定条件下趋于恒定，从而解释了阻力饱和现象。此外，实验容器的有限轴向尺寸效应也是经典无限长理论高估阻力的一个重要原因。通过这一部分的讲解，Jacques Magnaudet研究员鼓励同学们要善于发现理论研究与实验现象之间的差异，在持续的好奇心驱动下开展创造性研究。
随后，讲座进入了第二部分：分层流体中球形颗粒的沉降。其核心科学问题是：分层效应如何改变球体绕流结构？如何定量预测由此产生的额外阻力？Jacques Magnaudet研究员介绍了研究的基本模型与控制参数。研究关注球体在线性分层流体中的沉降运动，其动力学由三个关键无量纲数主导：雷诺数、普朗特数和弗劳德数。数值模拟结果表明，在特定参数下，分层诱导的额外阻力可超过经典阻力一个数量级以上，并彻底重塑尾流，形成狭窄的下游射流与环形涡列。
Magnaudet研究员讲解了针对额外阻力物理机制的深入剖析。研究通过巧妙的速度与压力分解，将额外阻力拆解为三个部分：源于拖拽流体体积的净浮力项、与惯性相关的动量通量项，以及与粘性剪切相关的涡量项。研究发现，在大多数参数范围内，粘性相关的涡量项贡献超过了净浮力项。这意味着，阻力主要源自运动激发的涡量场产生的额外剪切力。
最后，Jacques Magnaudet研究员讲解了理论的应用与拓展。基于物理机理分析，研究建立了不同流态下的阻力标度律。通过用数值结果校准标度律中的系数，该理论成功外推并准确预测了实际海洋参数下的结果。讲座最后指出，未来工作将探索三维效应，并阐明低弗劳德数下上升射流的不稳定机制。Magnaudet研究员将研究思路与过程讲解得清晰透彻，同学们深受启发，对科研思维有了更深入的理解。
报告结束后，现场多位师生与Jacques Magnaudet研究员进行了积极充分的学术交流，并进行了拍照合影，互动交流过程气氛活跃。聆听了这样一场精彩的学术讲座，相信同学们必将获益匪浅。
文字：闫孟阳
图片：王钟震
审核：周光照
