青年学者推介
朱建玮，目前在北京理工大学宇航学院攻读博士研究生，导师为张国庆副教授。感谢逐风追流为科研工作者提供优秀的交流平台。
当力作用到流场的某一部分，如刚性活塞推动、弹簧膜片振动、柔性腔体挤压等，使得部分流体产生运动并与环境流体相互作用产生剪切层。剪切层的卷起会形成典型的涡环结构。这种伴随涡环结构形成的启动射流可以在水生生物的喷射推进、心脏的充盈过程、合成射流的流动控制、火山喷发中被发现，更为有趣的现象还有海豚吐泡泡以及吐烟圈，见图1。而本人的研究主要是从水下射流推进的角度切入，研究基础流体机理并探索发展仿生水下推进技术。
图1 典型涡环形成过程的场景：A心脏充盈过程；B水母游动过程；C火山喷发过程；D合成射流流动控制过程；E海豚吐气泡；F吐烟圈
图2 动物王国中利用射流游动的生物分布
在海洋世界中存在大量应用射流进行游动的水生生物，Gemmell在2021年的综述文章（Gemmell, B. J., Dabiri, J. O., Colin, S. P., Costello, J. H., Townsend, J. P., & Sutherland, K. R. (2021). Cool your jets: biological jet propulsion in marine invertebrates. Journal of Experimental Biology, 224(12), jeb222083.）中将它们进行了系统性的总结，见图2。从推进方式来看，我认为可以分为两类，即采用单射流与多射流分布式推进两类，前者有经典的水母（见动图1）、鱿鱼等，至于后者则有虹吸管群落（见动图2）以及海樽鞘等。
动图一
动图二
在过去流体机理的研究方面，大量的理论研究利用活塞-喷嘴装置对启动射流中的先导涡环形成过程进行解析，提出了形成准则并建立了理论模型，并将其与启动射流的推进特性相联系，在2009年的Annu. Rev. Fluid Mech.（Dabiri, J. O. (2009). Optimal vortex formation as a unifying principle in biological propulsion. Annual Review of Fluid Mechanics, 41(1), 17-33.）上更是将涡环的最佳形成作为了生物推进的统一原则。
但是，过去的研究并未充分考虑启动射流应用到水下仿生推进中所面临的实际场景因素，而只是考虑利用活塞喷嘴装置向静止的无限空间中排出流体形成单一的启动射流。而本人的研究已经初步探明在实际水下仿生推进的过程中是严重偏离上述理想的研究状态的，且这种偏离理想态的情况对启动射流推进特性的影响是不可以被忽略的，比如启动射流产生总冲量在面对不同的背景顺流时会发生较大的变化（变化热力图见图3）。为此，本人博士研究生阶段的研究将扮演“从理论机理到应用的桥梁”这样一个角色，进一步补充启动射流形成先导涡环相关的理论研究基础，系统地研究射流在推进方面应用时面临偏离理想态的情况，尝试探索工程可用的水下仿生射流推进技术。
本人联系方式：
手机号/微信：18801135578
邮箱：18801135578@163.com
主页：https://orcid.org/0000-0002-5518-675X
PS:推荐个电视剧《大江大河》，对里面那句 “和光同尘”颇有感触
文稿：朱建玮
图片：朱建玮
编辑：周灵颖
