近期，清华大学燃烧能源中心、能源与动力工程系和航天航空学院的孙超教授以通讯作者身份与美国布朗大学的 Varghese Mathai 以及荷兰屯特大学 Detlef Lohse 合作在《凝聚态物理年鉴》（Annual Review of Condensed Matter Physics） 发表了题为“携带气泡和轻颗粒的两相湍流”的综述性论文。《凝聚态物理年鉴》是 Annual Reviews 系列出版的一个专题期刊，主要介绍凝聚态物理和相关主题的重要进展，在该领域具有很高的影响力。

　　与层流相比，湍流通常具有更大的阻力，以及更高的传热和混合效率等诸多特点。在许多自然场景和工业环境中，湍流往往包含分散的气泡和轻颗粒，在气泡和轻颗粒的浮力作用下，湍流系统会被显著改变，伴随出现全新的系统特性和物理现象。最近，相关问题得到广泛关注，众多研究通过实验和高分辨率直接数值模拟对这类流动的特征及其物理机理进行了探讨。该综述总结了目前人们对于携带气泡和轻颗粒的两相湍流现象各个方面的认识。具体而言，该文讨论了上浮颗粒穿越涡结构时引起的效应，尾涡引起的液体掺混，气泡和颗粒在近壁面或涡结构中的倾向性团聚行为等现象的物理机制。在此基础上，该文进一步探讨了分散相气泡和轻颗粒对均匀各向同性湍流、槽道湍流、泰勒-库埃特湍流以及热浮力驱动湍流等多种典型湍流流动的具体影响。文章最后展望了该领域未来发展亟需解决的关键问题。

　　该综述文章讨论的内容有助优化工业应用中多相湍流的流动减阻、增强湍流传热等方面的具体设计，同时也为多相流动的实验和理论研究提供了重要的参考。该论文得到了国家自然科学基金委基础科学中心项目“非线性力学的多尺度问题研究”的支持。

　　论文链接：https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-conmatphys-031119-050637

左图显示了一个携带气泡的两相湍流流场样例；在湍流场中气泡和轻颗粒具有丰富的动力学行为并与湍流相互耦合，如右侧的参数相图所示。