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团队和合作者在《科学进展》 （Science Advances） 上发表了题为“旋转超重力驱动的热湍流”（Supergravitational turbulent thermal convection）的研究论文。《科学进展》是美国科学促进会(AAAS)的开源期刊，是一本涵盖所有学术领域的综合性科学刊物，被国内外高度认可。

　　浮力驱动的湍流广泛地存在于自然界和工业生产中，其在洋流、大气流、星球内部对流、发电站冷却等过程中扮演着至关重要的角色。热湍流研究的核心问题之一是理解高瑞利数条件下湍流结构以及全局传热的物理机理。因此，近年来学术界一直致力于研究如何有效提高瑞利数的范围。并且在极端条件（超重力、高速旋转）下，研究湍流结构和输运的意义重大：在工业过程中，超高速旋转的航空发动机盘腔内流动，火箭瞬间加速、减速过程中的流动机理；在自然现象中，快速旋转木星上大红斑的形成，恒星内部对流机理。

图 10.（a-d）湍流流动结构随旋转效应的增大逐渐的演化规律。

　　本工作巧妙地利用高速旋转装置产生的离心力作为驱动力极大地提高了瑞利数，实现最高达 60 倍等效重力的离心力。结果表明，旋转系统引入了科里奥利力的作用，其会使流场二维化。同时，当系统处于准二维流态并且瑞利数足够大时，传热标度律指数亦会增大，他们认为这与系统流态的转变相关。此外，在该系统中观察到了与系统旋转方向相同的对流涡的大尺度湍流结构周向转动（Zonal flow），其产生与科里奥利力的作用以及内外环曲率的差异相关（图 10-11）。

图 11. (a) 条纹图（实验）显示 Zonal flow 流动结构；(b) 瞬时温度场（数值计算）揭示Zonal flow 产生机理。

　　审稿人评价当前研究为“Original contribution”。该研究成果为工业生产提供了理论支撑，同时也有助于理解海洋学、大气科学、地球物理学中的对流现象。论文作者包括孙超教授课题组成员蒋河川、王东璞，美国哈佛大学的朱晓珏博士以及荷兰屯特大学助理教授 S. G. Huisman 博士，孙超教授为本论文的通讯作者。该工作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” (基金号 11988102)的支持。

　　论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/40/eabb8676