混合物中的流固相互作用：理论、数值模拟与实验

该博士项目研究核电站蒸汽发生器内两相流中的流固相互作用，旨在多尺度层面理解气液流和固体颗粒如何使柔性管束产生振动。研究将开展解析建模和使用 TrioCFD 进行数值模拟，并利用实验数据验证结果。申请者应具备流体力学和计算建模专长。

职位介绍： 项目介绍： 本博士项目聚焦复杂两相流中的流固耦合（FSI），尤其关注核电站蒸汽发生器。在这些系统中，携带杂质和悬浮固体颗粒的液气两相流会使 U 形管产生强烈振动。这类流致振动可能加速设备磨损，甚至导致管道破裂，对核设施的安全和长期可靠性造成重大影响。本博士研究旨在从多尺度角度理解两相流动力学、颗粒输运与柔性结构振动响应之间的耦合机制。 项目将具体研究流体界面和悬浮颗粒如何改变作用于管道的流体动力。要准确表征并预测流致振动的幅度和频谱，必须考虑流动的复杂性，即含有固体颗粒的两相流。研究还将考察多个振动管束浸没于多相流时的相互作用，以识别集体共振和振动放大机制。 研究将把解析建模与先进数值模拟相结合。解析方法包括双球坐标、摄动方法和亥姆霍兹分解；数值模拟将基于 TrioCFD——法国原子能和替代能源委员会（CEA）开发、专用于流固耦合和两相流的计算流体力学软件。研究将特别重视利用具有代表性的蒸汽发生器试验设施所取得的实验数据验证模型，包括 CEA 的 DIVA 和 TITAN 实验模拟装置。 同时，项目将与麻省理工学院（MIT）开展国际合作，对所开发的模型进行测试，并调整其以适用于其他领域，例如生物气溶胶动力学和空气传播病原体（由流体携带的病毒）输运。这一跨学科视角体现了相关方法在能源工程和生物医学工程领域的广泛适用性，也拓展了项目的国际合作范围。 本项目最终旨在建立一个针对两相流及其与柔性结构相互作用的综合模拟和分析框架。预期成果不仅有助于通过更准确地预测和控制蒸汽发生器中的流致振动与磨损来提升核安全，也将加深对复杂流体系统中颗粒扩散和生物因子输运的认识。

所需背景与技能： 候选人已确定。