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	湍流模型理论和张量算法 Introduction

$mhtml:file://D:\My%20Documents\Professor%20Jilin%20Yu's%20Research%20Group.mht!http://staff.ustc.edu.cn/~jlyu/image/link0.gif$ 首页 Index		$mhtml:file://D:\My%20Documents\Professor%20Jilin%20Yu's%20Research%20Group.mht!http://staff.ustc.edu.cn/~jlyu/image/link0.gif$ 吕盘明学术论文汇集 Publications	$mhtml:file://D:\My%20Documents\Professor%20Jilin%20Yu's%20Research%20Group.mht!http://staff.ustc.edu.cn/~jlyu/image/link0.gif$ 自传和家庭照片 Biography&Family Pictures

吕盘明 教授

主要贡献：

在我退休的时候，回顾自己一生值得一提主要有三个方面的工作：一是对发展吴仲华先生的两类流面理论作出贡献，首先在S2流面上算出激波的位置；二是发现湍流边界条件独立性原理，解决了一个存在已久的湍流模型难题----“高歌疑难”；三是给本科生写了一本《张量算法简明教程》，并且连续开了27次课（这还不包括以前开的10次“叶轮机械气动热力学基础”课，那里面也包含有张量算法的基本内容）。下面分别介绍一下：

吕盘明简介：

吕盘明 1945年12月6日生。江苏常州人。1968年毕业于中国科大近代力学系。1982年中国科学院研究生院(工程热物理所)毕业, 获工学硕士学位。1985年到科大任教，主要从事叶轮机械原理和粘性流体力学的教学和研究工作。学术上最主要贡献有：发现并提出湍流结构边界条件不能因模型不同而改变的独立性原理, 提出了改进 K-ε EVM 和ASM，DSM等模型的一整套理论。著作有一本讲义《叶轮机械气动热力学基础》（1987）和一本教科书《张量算法简明教程》（2004）。发表论文20余篇, 主要有《用熵关联的时均N-S方程组及其应用》, 《能加入湍流结构的方向性特征的边界条件的K-ε涡粘性模型》，《A New Model of Reynolds Stress Transport Equation Sensitive to Inlet Condition of Turbulent Structure》等。
A．对发展吴仲华先生的两类流面理论作出贡献：1。推出流面上的全位势函数方程组，提出S2流面上有激波的跨声速流动数值求解方法。 2。提出用熵关联的时均N-S方程组模拟复杂剪切湍流的二维通用计算方法。下面是四篇代表性论文：
Lu Pan-Ming,Wu Chung-Hua(1985)	Computation of Potential Flow on S2 Stream Surface for a Transonic Axial-Flow Compressor Rotor,Transactions of ASME, Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, Vol.107,No.2. 点击见论文全文
吕盘明 (1993a)	STELE - 用熵关联的时均N-S方程组模拟复杂剪切湍流的二维通用计算方法与程序, 纪念吴仲华教授学术报告会论文集,北京,机械工业出版社. 点击见论文全文
吕盘明 (1991):	环型叶栅S1和S2流面N-S分析及总压损失预测, 工程热物理学报, VOL.12, NO. 4,P367-372. 点击见论文全文
吕盘明 (1990b)	用熵关联的时均N-S方程组及其应用,工程热物理学报, VOL.11, NO.3, P263-268. 点击见论文全文
B．对发展B.E.Launder和D.B.Spalding等人的二阶矩湍流模型理论作出贡献：1。发现湍流应力张量边界条件的独立性原理，提出改进二阶矩湍流模型系统的整套理论； 2。解决湍流模型和湍流计算中的世界难题“高歌疑难”，下面是几篇代表性论文和ppt演示文档：
吕盘明 (2008)	关于“边界条件独立性原理”和“二阶矩湍流模型的改进”，手稿，点击见论文手稿全文点击见ppt演示文档
Lu Panming（吕盘明），(2008)	On the principle of independence of the boundary conditions of structure direction of turbulence，手稿，点击见论文手稿全文点击见ppt演示文档
吕盘明 (2008)	“湍流模型理论”，手稿，点击见论文手稿全文
吕盘明 (1994a)	“湍流应力张量边界条件的独立性原理与代数雷诺应力模型的改进”, 中国工程热物理学会热机气动热力学会议论文集,NO.942027,宁波。点击见论文全文
吕盘明 (1995a)	“湍流结构方向边界条件对平板远场尾迹扩张速率的影响”,戴世强,刘曾荣,黄黔主编,现代数学和力学(MMM)--Ⅵ,苏州大学出版社, pp.301-307。点击见论文全文
Lu Panming（吕盘明），(1998b)	“A New Model of Reynolds Stress Transport Equation Sensitive to Inlet Condition of Turbulent Structure”，in Proceedings of ICFM-III,Beijing. 点击见论文全文

C．对“张量算法”或“张量分析”在本科生中的教育普及作出贡献：1。编写出版《张量算法简明教程》一书； 2。累计开了二十七次全校选修的“张量算法”的课（1988-2008的20年间）。
1.《张量算法简明教程》一书的目录：张量算法简明教程自序目录绪论（预备知识，笛卡儿张量）第一章张量的算法 §1.1 任意曲线坐标系 §1.2 度规张量 §1.3 张量代数 §1.4 向量的导数 §1.5 张量的导数 §1.6 微分算子第二章张量的性质 §2.1 矢量分析诸公式的张量推导 §2.2 正交曲线坐标系 §2.3 二阶张量 §2.4 二阶对称张量 §2.5 各向同性张量第三章曲率张量 §3.1 曲率张量的定义 §3.2 曲率张量的性质 §3.3 里奇张量和爱因斯坦张量 §3.4 黎曼曲率和常曲率空间第四章张量的应用举例 §4.1 变形率张量和应力张量 §4.2 任意曲线坐标系下的流体力学基本方程 §4.3 流体力学基本方程的其它形式（一）守恒型的流体力学基本方程（二）正交曲线坐标系下的流体力学基本方程 §4.4 计算网格的自动生成第五章张量算法复习提纲 §5.1 张量算法的核心内容复习提纲 §5.2 张量算法的技巧点和复习思考注意点举例附录：张量公式汇总练习题与习题参考答案选参考文献
2. 张量算法的核心内容：张量算法的核心主要是基底矢量和协变与逆变分量，坐标变换，指标升降三部分内容，外加张量的概念与求和约定。具体来讲就是基底矢量，，坐标变换系数和以及度规系数和。从它派生出来的内容还有： 1．克罗内克尔，单位基底矢量，，笛卡儿基底矢量，协变分量，逆变分量，物理分量，以及排列张量和，克氏记号和； 2．雅可比行列式J； 3．对应的行列式的值，拉梅系数，克氏记号和，曲率张量或，撬率张量； 4．协变导数，，张（矢）量算子，梯度，散度，旋度，拉普拉斯算子。 5．二阶张量的主值，主方向，二阶对称张量的主轴坐标系，几何描述，各向同性张量。以上这些量之间的关系式都要牢记在心。详见以下张量算法的核心内容图示，图中每一条连线就是一个基本关系式，都要熟记在心。
3. 张量算法的核心内容图示：点击吕著照片汇编见核心内容图示
D. 对稻麦亩产量的计算方法作过研究，提出了通俗易懂的真正科学的计算方法。作为利用太阳能的科普宣传，现将稻麦亩产量的计算依据部分公布于此，读者有中小学文化就可据此自己估算出稻麦亩产量了。
一、稻麦亩产量的计算依据： 1.地球大气层表面上的太阳辐射能有1.384千瓦/平方米，称为太阳常数，但是有30%要被大气层反射回宇宙中去，所以真正能到达地面的大概只有它的70%，刚好约1千瓦/平方米。 2.一年的光照总时间可以平均2600小时/年计算（青藏高原可达2900小时/年）。 3.每一公斤干有机物的热值是3500-4000大卡/公斤，我们以4000大卡/公斤计。 4.由于太阳光的入射角度，植株的密布程度，生长期，阴雨等原因，大约只能利用入射太阳辐射能的30%(暂且就按钱学森1958年6月16日在“中国青年报”上发表的文章“粮食亩产量会有多少？”中的估计)。 5.可食用部分只占生成的干有机物的20%(比如：麦粒/（麦粒+麦杆+根茎）=20%。20%也是按钱学森的估计，应该说这个估计是很保守的。现在的矮杆小麦，矮杆水稻可能比这要高，另外钱学森在在“知识就是力量”杂志1959年9月发表的另一篇文章“农业中的力学问题”中的估计是50%。) 6.太阳辐射能中只有波长为0.37-0.71微米波段的光辐射是植物光合作用能利用的，叫光合有效辐射（英文缩写PAR），这部分能量大约占太阳总辐射能的40-60%。 7.光合作用对光合有效辐射的最大利用系数E大约26%。（参见祖元刚著“能量生态学引论”，吉林科学技术出版社，1990年版，第280页。）按光合作用方程及理论，还原一莫儿（Mol）的二氧化碳需要8个光量子(Bassham，1977，转引自祖元刚著“能量生态学引论”)，而光合作用每还原一莫儿的二氧化碳所贮藏的自由能约为114大卡，8个光量子的能量（即8个爱因斯坦）是54.28大卡 * 8 = 434.24大卡，所以有 E=114/434.24=26.25% 。（钱学森在1959年这篇文章中也似乎认识到这个因素了，他说“植物叶子利用太阳光的效率不可能是百分之百，估计最高也不过是1/6” 。以上60%乘上26.25%差不多就是这个数。） 8.由于植物在能量代谢过程中通过呼吸作用而损失一部分能量，再加上植物对光合有效辐射(PAR)的反射和透射，所以E值还要大幅度降低，祖元刚等都说大约只有6-10%（他们可能是讲现实情况）。后记：根据以上8点粗略估计一下粮食亩产量是可以了，但如果要精确预测，以上除了第1，第7两部分是基本不会变的以外，2，3，4，5，6，8几部分的修正因素都可根据具体的地区，具体的物种来确定。其中第4，第8这两部分估计需要专业的研究才行，一般人恐怕估计不准。本文的目的就是希望国家有关方面能注意到这方面的需要，引导各地开展这方面的研究。今后几十年中国人口高峰期能否安全度过，国家得有所准备。
吕盘明 (2000b)	谈谈稻麦亩产量的计算方法，手稿. 点击吕著照片汇编见论文手稿全文