一、研究领域

计算流体力学(含并行计算)

湍流与非线性动力学

空气动力学、涡动力学和流动控制

环境流体力学

二、科研成果                                  

1、计算流体力学（含并行计算）研究            

对二、三维可压、不可压有限差分、有限体积法和有限元法等湍流大涡模拟、颗粒流直接数值模拟、基于小球模型的悬浮颗粒流非线性动力系统问题和内置边界条件方法等计算流体力学算法进行深入研究。在并行计算方法、并行计算硬件环境建设、计算流体力学工程应用(如生物反应器优化设计、核武器数值模拟中的激光核聚变界面不稳定性研究、地效翼形设计、潜艇流水孔减阻降噪、三维湍流横向射流涡结构和湍流统计特性研究、微小型化工机械中微混合装置中的三维多流体混合过程和三维气泡合并、破裂等相互作用过程，以及三维气泡与自由表面相互作用过程)等方面进行研究。主持建造了北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室并行机群、天津大学力学系并行机群、解放军理工大学流体力学研究中心并行机群和兰州大学高性能并行机群。在江苏省自然科学基金重点项目“流体力学中的并行自适应算法研究”的资助下，开展自适应有限元方法的研究和自适应网格细分技术的研究，完成了三维不可压缩流体力学数值模拟并行自适应有限元计算软件包 3DPAFE和模拟二、三维不可压缩动边界流体力学问题的并行自适应多重网格有限体积软件包3DPAFV。

2、湍流与非线性动力学研究

在国际上首先提出流体力学最优低维动力系统理论。该理论可依物理要求得到满足各种边界条件的流体力学(包括湍流)最优动力系统模型。美国科学院院士 Majda教授认为“It is the best method in the field of constructing models of dynamical systems”，美国科学院院士Sirovich教授指出“I have found your idea to be innovative and an interesting contribution to the field”。中国力学学会认为这一理论“是近年来取得的比较重要的科研成果”。2012年提出基于加权残数法的最优动力系统建模理论，奠定了最优动力系统理论完美的数学基础，并得到至今为止最佳结果。在国际上首先提出基于动力系统亚网格模式的湍流大涡模拟及LBM湍流模式理论新方法。该方法能自动适应各种复杂湍流流动，自然反映湍流中各种物理现象。在Lagrange混沌与湍流及混合动力学方面进行研究，该研究对湍流机理和水利、化工、环境中的各种混合问题有重要意义。

3、空气动力学、涡动力学与流动控制研究

在基于涡动力学基础理论、边界涡量动力学、涡动力学计算方法之上的流动控制方法方面进行了研究。国际著名学者、伦敦大学校长Sir James Lighthill认为我们在涡动力学边界涡量动力学的研究“extremely interesting, and will make important impact”。在国家自然科学基金和国防科研预研基金资助下，对变体飞行器流场中激波与多物理过程相互作用机理、潜艇非声学探测、旋涡和湍流与自由表面相互作用等重要国防研究课题进行研究。首先提出利用主动控制行波壁减阻新概念和能大大提高机翼性能的动波浪壁机翼概念和能完全消除卡门涡街尾迹的动波浪壁圆柱控制方法和完全消除游动旋涡尾迹的鳐鱼三维波动规律，首次发现通过动波浪壁流动控制可以得到包围并随物体运动的封闭涡量鞘，从而将流场在空间上分为涡量鞘内部的粘流和涡量鞘之外的粘性势流两部分，该研究否定了当代国际流体力学大师Lighthill教授的著名论断：“没有尾涡，就没有推力。”。相关研究论文发表在流体力学国际顶极学术刊物J. Fluid Mech.、Acta Mechanica Sinica和Science China上。在国际上首次得到在非定常复杂流动中能最优自适应地改变性状的最优智能翼型，并得到鱼类游动的最优运动规律。利用自主研制的三维不可压缩动边界自适应多重网格有限体积软件包 3DPAFV，数值模拟了仿生鱼和鱼群的二、三维自主游动过程，并对鱼群的自主游动中的控制过程进行研究，首次发现了其中的方向控制、速度控制和鱼群游动节能机理。首次将拓扑优化技术应用于生物运动中，得到全面优于自然界中性能最佳的月牙尾的最优拓扑尾鳍形态。

4、环境流体力学研究

应用自主研制的二维并行有限元软件包和三维有限体积多重网格软件包，结合风沙物理模型，进行了二维大规模颗粒流直接数值模拟和三维风沙流与沙漠地貌的相互作用的湍流大涡模拟数值模拟研究。在国际上首次得到湍流状态下的沙波纹形成过程的数值模拟结果。

三、获奖信息

曾获江苏省“新长征突击手”称号，2000年被授予“全国优秀力学教师”称号，2004年获得“中国人民解放军院校育才奖”(金奖)，2007年获得“第五届中国科协期刊优秀学术论文奖”，并获机电部科技进步奖一项、空军优秀教材二等奖一项。2017年获得“《中国科学》优秀编委奖。