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姓名: 张永明
性别:
英文名: Zhang Yongming
人才称号:
职称: 副教授、博士生导师
职务: 专业: 流体力学
所在机构: 力学学科,高速空气动力学研究室 个人主页: https://www.researchgate.net/profile/Yongming_Zhang6
邮箱: ymzh@tju.edu.cn 办公地点: 天津大学卫津路校区北洋科学楼310室
传真: 办公电话: +86(0)22 27403134
主要学历: 2005年3月 至 2008年1月 天津大学力学系流体力学专业(博士) 导师:周恒 教授
2001年9月 至 2005年3月 天津大学力学系流体力学专业(硕士) 导师:周恒 教授
1997年9月 至 2001年6月 天津大学力学系工程力学专业(学士)


主要学术经历: 2015年6月 至 今 天津大学机械学院力学系 副教授
2012年2月 至 2015年6月 天津大学机械学院力学系 讲师
2008年12月 至 2011年10月 英国帝国理工学院(Imperial College London)数学系 博士后
2008年2月 至 2008年11月 天津大学机械学院 博士后


主要研究方向: 与水下航行器流动噪声相关的转捩和流动稳定性问题;
复杂外形高超声速边界层转捩和流动稳定性问题;
边界层流动稳定性和转捩机理。


主要讲授课程: 流体力学;
工程流体力学;
流体力学的数值模拟方法;
Numerical methods in fluid dynamics(全英文);
英文科技论文写作;
工程力学。


主要学术兼职: 美国航空航天学会American Institute of Aeronautics and Astronautics(AIAA)会员;
高水平期刊Physics of Fluids(二区)审稿人;
高水平期刊Applied Mathematics and Mechanics (English Edition)(二区)审稿人;
高水平期刊AIAA Journal(三区)审稿人;
高水平期刊Advances in Applied Mathematics and Mechanics(三区)审稿人;
期刊Advances in Mechanical Engineering(四区)审稿人;
期刊力学学报(EI)审稿人;
期刊空气动力学学报(EI)审稿人
期刊气体物理审稿人。


主要学术成就: 对边界层自然转捩和旁路转捩都进行过研究,对不可压缩流和可压缩/超声速/高超声速流都进行过研究。对自然转捩的整个过程中的各个环节都进行过研究,包括:小扰动感受性,小扰动线性演化,扰动非线性演化,Breakdown早期,Breakdown中后期,以及转捩后向充分发展湍流的演化。对旁路转捩的整个过程的各个环节也进行过研究,包括:条纹感受性,条纹线性演化,条纹非线性演化,以及条纹基本流二次失稳。上述研究都有相关成果发表。

面向国家重要工程中迫切需要解决的“卡脖子”的实际问题,针对问题中所对应的基础科学问题,做了几方面研究,并取得如下成果。
1.降低水下回转体流动噪声
1-1 建立了水介质的曲面边界层稳定性分析和转捩预测方法。并用该方法研究降低水下回转体的流动噪声的重要工程实际问题。为工程中实现通过改变艏部型线而降低流动噪声,提供了扎实的理论基础和切实的技术支持。
1-2 提出了超疏水表面延迟转捩的方法,并建立了超疏水表面基本流计算和稳定性分析的方法,进而做出转捩预测,找到了超疏水表面转捩位置受材料性质和来流速度的影响关系,并找到了“最危险”(即转捩位置最靠上游)的来流速度。为解决一个重要的工程实际问题,即降低水下回转体流动噪声,提供了理论基础和支撑。
2.高超声速飞行器
2-1 建立了无矩阵的可压缩/超声速/高超声速流动的全局稳定性分析方法。并用该方法研究复杂外形高超声速飞行器的边界层转捩和稳定性的重要实际工程问题。
2-2 提出了新的数值计算方法,并用该方法找到了不可压槽道流和边界层的转捩临界雷诺数。该方法可推广到可压缩/超声速/高超声边界层中,并为超燃冲压发动机进气道设计提供理论基础。
2-3 成功地、完整地验证了可压缩流动的抛物化方程(PSE)方法的可靠性,并将其应用到转捩预测等问题中,所发展的计算程序为本课题组进一步发展和应用这一方法提供了基础,并供给多家研究单位作为深入研究和应用的工具。相关结果写入2015年出版的专著。

关于流动稳定性和转捩的机理,仍有些问题并未搞清,为此仍需要进行研究,目前已取得的成果如下。
1.发现了高超声速和不可压边界层中全局不稳定性模态的物理本质,都是由无粘的Fjortoft拐点不稳定性造成的。
2.发现了转捩中Breakdown中后期过程的作用机理,即“定常展向波作用(SSWW)”机制,从而给出了“闭环反馈”机制后的作用机理。进一步地,发现了真实流动中存在的边频扰动作对转捩的作用机理,即增强了SSWW机制的作用效果,并给出定量的影响关系,为工程实际问题提供了可用的参考。
3.研究了真实(随机)来流湍流所诱导的条纹结构(steaks)的非线性演化及其稳定性,其方法和结果代表“旁路转捩”研究的重要进展,在2011年美国AIAA流体力学会议作为邀请论文报告。
4.解决了边界层涡感受性直接数值模拟(DNS)中确定T-S波剖面和幅值的问题,进而给出了涡感受性的定量关系。相关结果写入2015年出版的专著。

获奖:
2020年12月29日,刘斌(博士生)和张永明撰写的论文“超疏水表面边界层自然转捩的数值研究”,被中国力学学会流体力学专业委员会评为“第十一届全国流体力学学术会议”青年优秀论文。

邀请报告:
*刘竟成,刘斌,褚学森,张永明*. 水下回转体首部边界层转捩预测. 2021年湍流和流动稳定性专题研讨会, 2021.05.14-05.17. 上海. (通讯作者兼报告人)。
*2011年美国AIAA流体力学会议做邀请论文报告(第一作者兼报告人)。

专著:
周恒,苏彩虹,张永明. 《超声速/高超声速边界层的转捩机理及预测》 科学出版社 2015年3月 ISBN 978-7-03-043482-1

授权专利:
*张永明,刘斌.考虑前缘区修正的超疏水表面平板层流边界层的计算方法. 专利号: 202111427139.0
*张永明,刘竟成. 一种水下航行体表面层流区壁面脉动压力频谱预测方法. 专利号: 202110957085.2
*张永明,周文强. 基于全局稳定性分析的高超声速飞行器转捩预测方法. 专利号: 202110507168.1
*张永明,刘斌. 一种考虑相间滑移的气液两相流计算方法. 专利号: 202110121508.7
*张永明,刘竟成,刘建华,褚学森. 一种基于稳定性理论的水下回转体首部线型优选设计方法. 专利号: 202110179583.9


主要科研项目: 作为负责人承担的科研项目:
*国家自然科学基金面上项目,水下回转体首部超疏水表面边界层自然转捩机理的研究,2021.01-2024.12,直接经费62万元。
*国家自然科学基金重大研究计划集成项目。重大研究计划:湍流结构的生成演化及作用机理。集成项目:水下航行体首部边界层流动结构致声机理与控制方法研究。项目依托单位:中国船舶科学研究中心。项目总经费:800万元。2020.1-2023.12。参研单位天津大学负责人:张永明。负责经费:110万元。
*国家自然科学基金面上项目,高超声速椭圆锥短轴流向涡处的全局稳定性研究,2017.01-2020.12,直接经费58万元。
*国家自然科学基金青年科学基金项目,展向局部自由流湍流下边界层bypass转捩的二次失稳机理的研究,2013-2015,26万元。
*教育部高等学校博士学科点专项科研基金-新教师类,带展向局部型条纹的边界层二次失稳的研究,2013-2015,4万元。

作为参与人参加的科研项目:
*国家自然科学基金重点项目,空气离解高超声速边界层转捩和湍流研究,负责人:曹伟,2018.1-2022.12,直接经费320万元。
*国家重点研发计划,高超声速边界层转捩机理与预测方法研究,负责人:曹伟,课题联系人:张永明,2016.7-2021.6,625万元,
*国家自然科学基金面上项目,亚、超音速射流中不稳定波和相干结构的噪音产生机理,2015-2018,86万元。
*国家自然科学基金面上项目,高超声速边界层自然转捩中的感受性研究,负责人:苏彩虹,2015-2018,80万元。
*国家自然科学基金重点项目,与超声速/高超声速飞行器有关的边界层转捩预测方法及湍流计算的研究,负责人:罗纪生,曹伟,2014-2018,300万元。
*教育部“创新团队发展计划”,流动稳定性、转捩及湍流计算,2014.1-2016.12,300万元。
*国家自然科学基金:亚、跨声速下结构/气动参数与离心叶轮顶隙涡流耦合机理的研究,负责人:刘正先,2013-2016,80万元。
*教育部高等学校博士学科点专项科研基金-博导类,边界层转捩的一个基本问题:来流扰动的刻画和'卷入'过程,2013-2015,12万元。


代表性论著: Yongming Zhang*, Di Liu, Ning Li. Critical Transition Reynolds Number for the Incompressible Flat-plate Boundary Layer as Searched by Numerical Simulation. Advances in Applied Mathematics and Mechanics, (已录用,待见刊)

Bin Liu, Yongming Zhang*.Numerical investigation of the natural transition in flat-plate boundary layers on superhydrophobic surfaces considering the influence of the leading edge region. AIP Advances,2022,12(3),035140

Jingcheng Liu, Xuesen Chu, Yongming Zhang*. Numerical investigation of natural transitions of bow boundary layers over underwater axisymmetric bodies. Physics of Fluids,2021,33(7),074101 (邀请论文)

Bin Liu, Yongming Zhang*. 2020. A Numerical Study on the Natural Transition Locations in the Flat-plate Boundary Layers on Superhydrophobic Surfaces. Physics of Fluids, 2020, 32(12):124103

Yongming Zhang*, Wenqiang Zhou, Xiangzhen Chen. 2020. An investigation on the disturbance evolution and the transition by resonant-triad interactions with a side-frequency disturbance in a boundary layer. Physics of Fluids, 2020, 32(7): 074101

Yongming Zhang*, Xiangzhen Chen, Jisheng Luo. 2019. Study of Secondary Instability of a Streaky Boundary Layer Under Spanwise-Localized Free-Stream Vortical Disturbances. Advances in Applied Mathematics and Mechanics, 2019, 11(3): 686-699

Anyong Zhang, Ming Dong*, Yongming Zhang. 2018. Receptivity of secondary instability modes in streaky boundary layers. Physics of Fluids, 2018, 30(11): 114102

李晓虎,张绍龙,刘建新,黄章峰,罗纪生,张永明*. 2018. 高超声速椭圆锥短轴流向涡的二维全局稳定性分析. 空气动力学学报,2018,36(2): 265-272

Yongming ZHANG*. 2017. Critical transition Reynolds number for plane channel flow, Applied Mathematics and Mechanics (English Edition), 2017, 38(10):1415–1424

栾溟弋,张永明*. 2017. 可压缩边界层稳定性问题特征值的分布. 中国科技论文,2017,12(5): 500-506

Zhang Yongming*, Luo Jisheng. 2015. Application of Arnoldi method to boundary layer instability. Chinese Physics B,2015,24(12): 124701

Zhang Yong-ming*, Su Cai-hong. 2015. Self-consistent parabolized stability equation (PSE) method for compressible boundary layer. Applied Mathematics and Mechanics (English Edition), 2015, 36(7): 835–846

周恒,苏彩虹,张永明. 《超声速/高超声速边界层的转捩机理及预测》 科学出版社 2015年3月 ISBN 978-7-03-043482-1

张永明*,苏彩虹. 2014. 更自洽的抛物化稳定性方程在可压缩边界层的应用. 气体物理-理论与应用,2014,9(3):86-95

张永明*. 2009. PSE及其在可压缩边界层转捩问题中的应用. 气体物理-理论与应用,2009, 4(2): 94-105

Dong Ming, Zhang Yong-ming, Zhou Heng*. 2008. A new method for computing laminar-turbulent transition and turbulence in compressible boundary layers-PSE+DNS. Applied Mathematics and Mechanics (English Edition), 2008, 29(12): 1527–1534

董明,张永明,周恒*.2008. 计算可压缩边界层转捩及湍流的一种新方法-PSE+DNS.应用数学和力学,2008,29(12):1387-1394

Zhang Yong-ming, Zhou Heng*. 2008. PSE as applied to problems of transition in compressible boundary layers. Applied Mathematics and Mechanics (English Edition), 2008, 29(7): 833–840

张永明,周恒*.2008. PSE 在可压缩边界层转捩问题中的应用.应用数学和力学,2008,29(7):757-763

Zhang Yong-ming, Zhou Heng*. 2008. PSE as applied to problems of secondary instability in supersonic boundary layers. Applied Mathematics and Mechanics (English Edition), 2008, 29(1): 1–8

张永明,周恒*.2008. PSE 在超音速边界层二次失稳问题中的应用. 应用数学和力学,2008,29(1):1-7

Zhang Yong-ming, Zhou Heng*. 2007. Verification of parabolized stability equations for its application to compressible boundary layers. Applied Mathematics and Mechanics (English Edition), 2007, 28(8):987–998

张永明,周恒*.2007. 抛物化稳定性方程在可压缩边界层中应用的检验. 应用数学和力学,2007,28(8):883-893

Zhang Yong-ming, Zhou Heng*. 2005. Numerical study of local boundary layer receptivity to freestream vortical disturbances. Applied Mathematics and Mechanics (English Edition), 2005, 26(5): 547–554

张永明,周恒*. 2005. 自由流中涡扰动的边界层感受性的数值研究. 应用数学和力学,2005,26(5):505-511

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