导师序言

本书开展了相变边界条件下的热湍流动力学和热输运特性的研究，选题具有重要的科学意义和工程应用价值。本书围绕自然对流和相变边界条件的耦合问题，通过实验探究、直接数值模拟以及理论建模相结合的研究手段，从高温系统内的沸腾-凝结相变循环及低温系统内的结冰-融冰相变循环两个研究角度，展开对提高自然对流换热效率、结冰动力学特性的决定因素及决定冰-水界面形貌特征的物理原因等核心问题的系统性研究。该研究具有挑战性，相关研究成果具有重要的科学意义，同时为工程应用提供了坚实的理论基础。

本书针对在包含气-液相变的热对流系统内，如何极大限度地增强传热这一科学问题，提出了两相“类催化性颗粒”湍流增强自然对流传热效率的新思路，自主设计并搭建了两相热对流沸腾-凝结实验平台，研究并证明了利用两相“类催化性颗粒”增强湍流传热效率的可行性，并揭示了其背后传热增强的物理机制；通过对系统处于不同工况时的传热行为进行探索，证明了两相“类催化性颗粒”湍流系统传热增强具有稳健性，进一步佐证了两相“类催化性颗粒”湍流在增强传热方面的重要应用价值。

本书针对在包含液-固相变的热对流系统内，结冰动力学特性的决定因素、决定冰-水界面形貌特征的物理机制及移动液-固界面系统内的多平衡态问题等，通过实验、直接数值模拟和理论建模相结合的综合方法研究了结冰的动力学特性，揭示了涉及结冰问题时密度反转对正确预测系统行为的重要性；同时研究了两个反向对流涡竞争的动力学特性，揭示了决定冰-水界面形貌特征的物理机制；更进一步地，研究了结冰或融冰的历史效应，揭示了湍流热对流系统存在双平衡态现象。相关研究或将为维持倾向性流动结构或固-液界面形态等工业流动控制应用提供理论支撑。

本书的主要创新性成果如下。

（1）提出了多组分相变热湍流系统的新理念，并证明其能够大幅度提升湍流换热效率，揭示了相变潜热和气泡流所引起的流场掺混效应是传热增强的物理机制。

（2）研究了水密度反转特性对水的固-液相变过程演化的影响，揭示了水密度反转在相变与湍流耦合过程中的关键作用机制。

（3）发现了含有相变的湍流热对流系统结冰和融冰过程的多平衡态特征，揭示了决定冰面形貌特征形成的物理机制。

本书内容充实，创新点突出，写作规范，条理清晰，层次分明。本书可作为高等院校和科研单位的能源动力、物理等专业本科生、研究生、工程技术人员、科研人员的参考用书。

孙超

清华大学能源与动力工程系