近日，我校能源与动力工程学院智慧能源系统与热科学研究中心李凌教授团队的最新研究成果“辐射吸收与表面冷却引发的瞬态自然对流起始”（Onset of transient natural convection induced by radiation absorption and surface cooling）发表在《流体力学》（Journal of Fluid Mechanics）上。硕士研究生杨安文为论文第一作者，青年教师周瑞睿副教授为通讯作者，李凌教授为共同作者。
在诸多自然与工程系统中，太阳辐射吸收与表面冷却共同支配着对流运动，例如大气环流、海洋垂向混合以及直接吸收式太阳能集热器等。然而，这两个过程相互竞争与协同，导致系统稳定性随时间发生复杂演变。研究团队通过线性稳定性分析与直接数值模拟相结合，首次揭示了流体层在体积辐射加热与表面冷却作用下的瞬态稳定性演化规律。
研究发现，辐射吸收与表面冷却系统的稳定性呈非单调时间依赖特征：瑞利数低于某一下界时对流无法发生，高于上界值时对流可以稳定维持；处于两者之间时，流体将经历先失稳、随后对流被抑制、最终重新趋于稳定的复杂瞬态过程。为快速预测这两个阈值，构建了仅依赖于瞬态导热解的“局部瑞利数”模型。此外，利用瞬态线性稳定性理论确定了对流起始的临界时间，并基于尺度分析推导出统一的标度律。所有理论预测均得到直接数值模拟的严格验证，为辐射吸收与表面冷却引发的对流起始问题提供了统一的预测框架。
该研究不仅丰富了对瞬态对流稳定性的认识，也为太阳能热利用等领域的工程设计与参数优化提供了重要理论依据。
图1 对流系统
图2 对流失稳临界瑞利数上下界的理论预测及直接数值模拟验证
图3 对流失稳起始时间的理论预测及直接数值模拟验证
智慧能源系统与热科学研究中心秉持“基础研究为先、应用导向为要”的发展理念，聚焦能源生产、输运、存储与高效利用全链条，系统开展能量转换与传递机理、数字化智慧运维及新型热管理技术等方向的基础前沿与共性关键技术研究，积极与能源行业龙头企业深化合作，着力破解企业关键技术瓶颈，推动成果转化与高层次人才培养。
《流体力学》（Journal of Fluid Mechanics）由剑桥大学出版社出版，是流体力学领域公认的顶级期刊，自1956年创刊以来，持续发表流体力学基础理论与应用的前沿成果。
论文链接：https://doi.org/10.1017/jfm.2026.11498
