10月2日，《科学进展》（Science Advances）以“旋转超重力驱动的湍流热对流”（Supergravitational turbulent thermal convection）为题，在线报道了清华大学能源与动力工程系和燃烧能源中心蒋河川等人在超重力湍流领域取得的重要进展。该工作首次通过增大重力加速度来增强热对流系统的湍流强度，研究了该系统的传热特性，并分析了科里奥利力的影响，此外，也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周向转动。该研究有助于增强对天体物理中星球内部对流以及快速旋转机械中流动传热问题的理解。

浮力驱动的热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。

流动结构随Ro^-1增大逐渐二维化(Ra=10⁸，Pr=4.3)

在本工作中，蒋河川等人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，旋转系统不可避免地引入了科里奥利力的作用，其会使流场二维化并减小传热。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。

(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。

超重力实验台从“0”到“1”（左图右以及右图为蒋河川）

2016级博士生蒋河川设计并搭建了该旋转超重力热湍流实验台，该实验台最高可达到130倍等效重力实验条件，其具备转速、温度、加热功率的精确调控能力，并可以实现流场、温度等信号的高精度高频率测量。该实验平台可满足湍流、燃烧、液滴撞击动力学等物理化学过程的实验探究。

蒋河川为该论文第一作者，孙超教授为通讯作者，美国哈佛大学朱晓珏博士为共同第一作者，论文合作者还包括清华大学博士生王东璞以及荷兰屯特大学S. G. Husiman教授。

文章链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/40/eabb8676