流固耦合系統力學重點實驗室

流固耦合系統力學重點實驗室是中國科學院力學研究所科技創新活動重要的研究單元。

流固耦合廣泛存在於自然現象、工程系統之中。流固耦合系統力學主要研究流體與固體相互作用規律，是建立在流體力學、固體力學等力學主要分支學科間的一門交叉學科。

基本介紹

• 中文名：流固耦合系統力學重點實驗室
• 外文名：Key Laboratory for Mechanics in Fluid Solid Coupling Systems,Institute of Mechanics
• 所屬機構：中國科學院

實驗室簡介

流固耦合系統力學重點實驗室（KeyLaboratoryforMechanicsinFluidSolidCouplingSystems,InstituteofMechanics,CAS；簡稱LMFS）是力學所科技創新活動重要的研究單元。流固耦合廣泛存在於自然現象、工程系統之中。流固耦合系統力學主要研究流體與固體相互作用規律，是建立在流體力學、固體力學等力學主要分支學科間的一門交叉學科。

實驗室堅持錢學森先生的“工程科學”思想，緊密結合我國海洋工程、環境工程和交通工程等套用領域的重大需求，以力學多分支學科的交叉融合為基礎，發展流固耦合系統力學理論，發展建設特色鮮明、系統配套的耦合實驗平台和數值模擬技術，在引領相關工程技術發展的同時，促進力學學科研究思想和方法的進步。

實驗室以流體與工程結構的相互作用、流體與岩土體的相互作用、環境流動與多過程耦合以及油氣水沙相互作用等四個方向為重點，多年來在海洋石油采輸與分離技術、先進水中航行體、流域水環境與區域沉降、滑坡災害監測和高速列車氣動效應等方面作出了重要貢獻，並形成了一支團結協作的高水平研究隊伍。與此同時，立足自主創新，研發了系統配套的實驗裝置，並建設了大規模數值模擬平台和軟體。中科院海洋工程科學技術研究中心（1986年成立）和中科院先進軌道交通力學研究中心（2009年成立）由本實驗室牽頭運行和組織管理。2010年，以本實驗室為主，分別組建了中科院水動力學與海洋工程重點實驗室（籌）和中科院環境力學重點實驗室（籌）。

實驗室致力於促進系統力學這一新的力學研究思想，並為重大工程技術問題提供全新分析工具、變革性技術以及系統解決方案，為國家安全、國民經濟和社會發展作出基礎性、戰略性和前瞻性貢獻。

總體情況

實驗室總體目標

採用系統力學的新思路，針對海洋工程、環境工程、交通工程中的重大問題，以提供系統解決方案和變革性技術發揮科學的引領作用。同時，逐步完善系統力學的學科基礎和研究模式，成為系統力學的倡導者和率先實踐者，成為在國際上有重要影響的力學研究機構之一。

實驗室人員情況

實驗室主任：黃晨光

副主任：楊國偉 劉青泉

固定人員62人（研究系列人員54人，技術支撐人員8人）

學科體系

流固耦合系統力學重點實驗室，瞄準國家在海洋、環境和高速軌道交通以及自然環境災害防治等方面的戰略需求，著重發展流固耦合系統力學分析技術和平台，通過流固耦合系統力學理論體系和研究方法創新，力圖構建一支緊密圍繞流固耦合重大工程系統，並有利於學科交叉融合的研究團隊。

本實驗室將發展流固耦合系統力學學科，圍繞流體與工程結構相互作用、流體與岩土體相互作用、環境流動與多過程耦合、油氣水沙相互作用四個研究方向，解決海洋工程、環境工程、交通工程中的流固耦合系統力學問題，開展攻關研究。

流固耦合系統力學重點實驗室的主要研究方向和研究內容：

1.流體與工程結構相互作用

　主要以海洋平台與波流、海洋石油立管與海流、水下航行器與水流、高速列車與氣流等的相互作用為研究對象。以複雜/運動邊界的波流理論、非線性波浪、空化流動以及複雜多柔體結構系統動力學回響為基礎，發展耦合分析理論與方法，突出工程結構與周圍流場所組成系統的流固耦合特徵，發展多目標最佳化方法，形成多學科最佳化設計工具，促進重大工程設計思想和設計水平的提升。

2.流體與岩土體相互作用

主要以土石流、山體滑坡、天然氣水合物和頁岩氣開採、海底管道沖刷等為研究對象。以其中的含熱傳導、相變、解吸附過程的滲流問題、滲流與岩土受力變形之間的相互作用、流體-土體-管線的流固土耦合等為科學內涵。致力於提出地質災害定量監測、預警與防治技術，提出天然氣水合物、頁岩氣、煤層氣等非傳統能源的安全開採技術。

3.環境流動與多過程耦合

主要以流域水環境、海洋風浪流環境等為研究對象。以多相、多尺度、多組分、帶化學反應和物理過程的複雜流固耦合問題為研究內涵。著力發展複雜耦合過程的新模型以及多尺度的計算技術，結合實際區域條件，凸顯力學在環境動力學演化過程中定量化分析能力的作用。

4.油氣水沙相互作用

主要以石油開採中管道傳輸的油氣水多相混輸與油氣水沙高效分離為研究對象。以海底資源採集、輸運、提升和系統流動安全保障中的多相流體動力學為科學內涵。形成深海資源綜合利用的理論基礎和技術體系，為我國開採海底油氣和礦產資源提供技術支撐。

概況

上面四個研究方向的套用領域可以概括為：

1．海洋工程：主要以新型的海洋平台、平台關鍵設施和部件、先進的水下移動平台和高速航行體為對象，運用包含水動力學載荷、環境影響、結構回響與最佳化、結構健康監測與可靠性在內的系統的力學多分支學科交叉的研究手段，致力於發展流固耦合力學的分析手段和平台，促進新概念的水中和水下結構物，以及海洋工程關鍵技術和設備的研發。同時，發展包括深海水合物在內的海洋資源和能源的開採與開發技術。

2．環境工程：重點以流域水環境、海洋風浪流環境、土壤侵蝕與土石流、山體滑坡等自然環境和災害問題為研究對象，以水動力學、多相流體力學、岩土力學、滲流力學為基本支撐，從耦合系統動力學演化的角度，關注其中的輸運規律以及相關災害的預測與控制。

3．交通工程：在高速列車為代表的交通領域，以弓網-車體-軌道-路基構成的整體系統為研究對象，依託空氣動力學、結構動力學、多體動力學、接觸理論、岩土力學、聲學等學科基礎，建立大系統耦合的數值模擬平台和物理仿真平台，致力於建立高速軌道交通的安全性、經濟性、環境適應性的速度邊界。同時，為未來地面高速/大容量交通的發展方向提供科學的方案和評估意見。