近日，工程力学系应用力学研究所柏晓东副研究员以第一作者身份在流体力学国际权威Top期刊《Physics of Fluids》(JCR影响因子4.98)上发表了题为“Multi-layered turbulence structure of flow under free surface of open channel flow using velocity–vorticity correlation structure method”的研究论文。该论文研究工作得到了国家自然科学基金（12272357，51809084）和中央高校基本科研业务（JZ2022HGTB0237）项目的支持。

流体自由面附近的湍流结构在空间分布上是多尺度且分层的，该特性的研究对理解复杂海洋过程（如界面传质、能量/动量交换等）具有重要意义。该文对具有滑移表面边界的开敞槽道流动进行了直接数值模拟，由各向异性指标识别了自由面下的多层湍流（即阻断层、滑移层和 Kolmogorov 层）。随后，介绍了三个湍流层内各向异性湍流的统计特征。最重要的是，考虑到近自由表面速度和涡量的急剧变化，本文通过Chen 等人提出的速度-涡度相关结构（VVCS）方法，从流动可视化角度重新审视了多层湍流特性。结果发现，VVCS 能够在物理过程上描述通道内发卡涡的演化，包括在底部避免区域的产生、在槽道中部附近的扩张、在阻断层的挤平过程、在滑移层和 Kolmogorov 层中的变形和溃败过程等。文章的最后，作者根据 VVCS 结果提出了一个摇篮状结构模型、引入涡环碰撞模型，以提高对自由面下多层湍流的理解。作者希望本研究能在自由面流湍流模拟工作中提供相应的参考价值。

柏晓东副研究员于2021年6月加入工程力学系，主要从事复杂海洋环境（风、浪、流等）荷载下，近海土木工程与海洋工程结构物（桥梁、海上风机、船舶等）动力响应与防灾减灾、流固耦合机制与机理的试验和数值计算方法研究。

我系高永新教授也参与了本文的相关工作。其他合作作者署名单位包括：中国船舶及海洋工程设计研究院与喷水推进技术国家级重点实验室，哈尔滨工业大学土木工程学院与教育部结构动力行为与控制重点实验室。

该文Physcis of Fluids主页链接：https://doi.org/10.1063/5.0146356