商品详情
书名：中国学科发展战略.流体动力学
定价：180.0
ISBN：9787030415356
作者：中国科学院
版次：3133
出版时间：2016-01
在线试读：
绪论流体动力学的发展——需求和前沿 流体动力学是研究流体介质的特性、状态，在各种力的驱动下发生的流动，以及质量、动量、能量输运规律的力学分支学科。由于流体介质在自然界、生命体和工程中普遍存在，流体动力学与人类生活息息相关，从飞机、船舶的阻力到作用在高层建筑和桥梁上的风载，从大气、水体中污染物的扩散到发动机中空气和燃料的混合，从土壤、植被中的水分循环到人体中的血液流动，从海洋中的风生环流、热盐环流到天气、气候的预报，无不与流体动力学有紧密联系。 一、流体动力学的早期发展和黄金时期 大气和水是世间万物不可或缺的流体介质，早在数千年前，人们通过观察知道了水流就下、风有方向、摩擦生热等知识，积累了丰富的经验，并在生产实践和日常生活中用来制造筏、舟、帆、风车等，古巴比伦的灌渠、古希腊阿基米德的提水机、古罗马的供水系统和中国的都江堰水利工程都是明证。文艺复兴时期，达·芬奇在其著作中提到了管流，他设计的水利设施、发明的流体机械和所描绘的湍流图像令人惊叹！ 17~18世纪初，科学家在连续介质假定的基础上，应用牛顿力学建立了欧拉方程和纳维斯托克斯方程，奠定了流体动力学的基础。此后，该学科朝着两个方向发展。一方面，数学分析原理日臻成熟，被广泛地应用于理想流体的研究。拉格朗日势流理论解决了水波等一些黏性可以忽略的流动问题，赫姆霍兹、开尔文等给出了旋涡运动的定律。另一方面，面对众多的实际问题，工程师导出了圣维南方程和达西定律，发展了水力学和渗流力学，其中不可避免地引进了一些经验常数，但在洪水演进、地下水利用及后来的油气藏开采中发挥了重要作用。 19世纪和20世纪之交，与物理学惊人相似的是，流体动力学的发展也遇到了两朵“乌云”。一是OReynolds于1883年用圆管内水流实验观察到流动失稳和湍流现象。人们需要回答为什么当雷诺数（Reynolds number，Re）充分大时，会发生从层流到湍流的转捩，以及如何描述和预测流体团处于无规则状态时的充分发展湍流，这个问题使众多的流体动力学家、物理学家和应用数学家投入了毕生的精力；二是人类为了实现飞行的梦想，于1903年完成了第*次动力飞行，在计算机时代以前，人们需要回答应如何计算阻力和升力，使得工程师能够设计出安全、经济、高速的飞机。从普朗特提出边界层理论起，经过冯·卡门、GI泰勒，以及俄罗斯科学家从齐奥科夫斯基起，经过茹科夫斯基、恰普雷金等几代杰出科学家近一个世纪的努力，突破“声障”、“热障”，人类可以乘坐“波音”、“空客”飞机遨游世界，并终于飞出大气层，建立空间站，登上月球，进入太空时代。两个难题的研究直接推动了一个世纪流体动力学的发展，并使力学学科进入了黄金时期。 在此进程中，中国科学家钱学森、周培源、郭永怀等在跨声速、高超声速空气动力学和湍流模式等方面的学术成就为国际航空航天事业做出了杰出贡献。从20世纪50年代起，我国开始发展近代流体动力学，专家们以“两弹一星”任务为契机，建立学科体制、制订学科规划、建设实验基地、培养年轻人才。特别是创立了高速空气动力学、化学流体力学、磁流体力学、物理力学等新兴学科，建立了中国科学院力学研究所、中国空气动力研究与发展中心、航天空气动力研究院、航空空气动力研究院等研究机构和大型试验基地。我国从1970年起相继发射第*颗人造卫星，返回式卫星，通信、气象、海洋、资源卫星，“神舟”系列载人飞船，启动了“嫦娥工程”，实现出舱行走和交会对接，跻身于世界航天强国之列。 改革开放30多年以来，我国恢复了在国际理论与应用力学联合会的地位，中国的流体力学也逐步走上国际舞台。1980年，在周培源先生等的倡导下，成立了亚洲流体力学委员会，我国是该组织三个主要发起国之一；1987年在沈元、庄逢甘、冯元桢先生的倡导下，国际流体力学系列会议在中国召开；1992年，莱特希尔、郑哲敏主持了在北京召开的国际热带气旋灾害讨论会。此外，还有国际燃烧会议、国际稀薄气体动力学会议、中日湍流研讨会、中美日生物力学研讨会、中日流动显示会议在主办国轮流召开。在此期间，中国派出了大批学者参与国际交流，中国的流体动力学得到了全面发展，在油气开采、长江三峡、青藏铁路、高速列车等与国家经济社会紧密相关的重大工程中取得了举世瞩目的成就。 在21世纪，作为一门经典的基础学科，流体动力学未来究竟如何发展，流体动力学是否还有前沿科学问题需要解决，流体动力学家是否还能在工程领域发挥重要作用，这是流体动力学学科发展战略研究首先需要回答的问题。 二、流体动力学的机遇和需求 20世纪，人类依靠科学和技术在空间、信息、生物技术领域取得重大突破，在上述高技术领域，前进的步伐不会放缓。另外，人口增长、资源短缺、能源危机、气候变化、社会动荡等问题给我们带来严重威胁。在2012年全球15个科学院联合签署的GScience科技声明中，提出世界面临“满足水和能源需求”、“应对自然和工程灾害”和“实现温室气体减排目标”的三大难题。 我国经过30多年的高速发展，目前已经成为世界第二大经济体，正在为实现全面建成小康社会目标而努力奋斗。前面提到的高技术领域和三大难题也是我国在经济社会发展中，为转变生产发展方式所必须认真思考和着力解决的共性问题。显然，它们与流体动力学的研究密切相关，并充分体现在国家科技重大专项、国家重点基础研究发展计划（“973”计划）、国家高技术研究发展计划（“863”计划）、《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》和国家自然科学基金的指南中。 在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中，国家确定了涉及信息、生物等战略产业领域，能源资源环境和人民健康等的重大紧迫问题，以及军民两用和国防技术的共16个重大专项，其中大型油气田及煤层气开发、大型先进压水堆及高温气冷堆核电站、水体污染控制与治理、大型飞机、载人航天与探月工程等6项是与流体动力学紧密相关的。 在《国家“十二五”科学和技术发展规划》中提出：围绕培育和发展战略性新兴产业，集中力量实施一批科技重点专项，以尽快转变我国经济发展模式，提高经济发展质量。在重点发展的7个领域的新兴产业中，如节能环保中的煤炭清洁高效利用，净化废气、烟气、尾气的蓝天工程；高端装备制造中的高端海洋工程装备等科技产业化工程，研发高速列车谱系化和智能化等重大关键技术；新能源中的风电、新一代生物质能源、海洋能、地热能、新一代核能等关键技术、装备及系统等都离不开流体动力学的前沿研究。 总而言之，今天人类经济社会发展的重大需求仍然为流体动力学的发展提供了无限广阔的前景。 （一）航空、航天工程 广袤的空间对于经济、科学和国家安全来说极其重要，是世界发达国家的必争之地。我国已经成为航天强国，未来的目标是建立空间站、开展空间应用和深空探测。但是，“挑战者号”、“哥伦比亚号”失事导致美国航天飞机于2011年全部退役，表明人类尚未解决天地间运输系统问题。为适应未来航天工程的需求，我们需要分步研制经济、安全、可靠的水平起飞、水平降落的大型空天飞机。此外，临近空间飞行器作为在近空间做长时间、持续航行或以高超声速巡航的运载工具，特别是因为它们在通信导航、电子压制、灾害预警等方面极具发展潜力，是航天工程另一有前景的方向。这类飞行器都具有飞行高度介于空天之间、飞行时间长等特点，并兼有航空、航天器特性。为此，需要攻克吸气式冲压发动机、防热系统和飞行器构型一体化设计等难关。 对于民用客机，国际上已经形成几乎被波音和空客两大公司垄断的局面。我国的民用客机虽曾研制了“运十”，经过试飞，但*终未投入生产和运行。目前，我国的支线飞机，如“新舟”系列、ARJ系列等的性能尚需提高。大型客机C—919的研制正在有序进行，在国家重大专项的支持下，待解决的重大技术问题包括超临界机翼、增升装置、气动弹性、降噪措施和整机优化设计等。但是，关键还是要进一步深入研究可压缩湍流模型、流动控制、计算流体力学（CFD）和风洞试验技术等科技难题，以实现自主创新设计大型客机，并在航程、耗油率、升阻比、噪声水平、先进材料使用等方面达到国际先进水平，满足日益严格的适航要求和适应竞争激烈的市场环境。在研制大型客机的同时，设计先进的航空发动机也应提到议事日程上来。 高速列车虽然是陆上交通工具，但当运行速度超过300千米/小时时，空气动力的因素将占主导地位，空气动力学在这一领域日益重要。关于气动性能，需要研究气动阻力来源、减阻措施、过隧道和会车时的压力波、横风侧力、升力和倾覆力矩。就气动噪声来说，需要确定噪声源、噪声水平、减噪措施等。 （二）海洋、海岸工程 中国具有漫长的海岸线和辽阔的海域，蕴藏着丰富的矿物、油气和生物资源，对经济增长、能源安全和领海安全至关重要。我国在20世纪60～70年代开发海洋，经80年代后的大发展，迄今已经建成海洋石油工业体系，具有自主设计和制造近海水深300米以下固定式平台的能力。近30年来，世界发展趋势已经从浅海到深水，从大陆架到深海盆，从水面到水下，所以，必须研制适合于深海作业的浮式结构，其中*有代表性的有张力腿平台（TLP）、半潜式平台（SEMI）、单柱式平台（SPAR）和浮式生产储油系统（FPSO）等。为了利用海洋空间，超大型浮式结构（VLFS）可以弥补沿海地区土地资源的不足。因此，海洋工程受到国家、工业界、工程界和科学界的重视。2010年，我国自行设计研制的第*艘半潜式深水（3000米）钻井平台——“海洋石油981”顺利下水。海洋结构必须经受严峻海洋环境中巨大流体动力学载荷的考验，因此，海洋工程领域需要解决极端风、浪、流环境预测，浮式平台的慢漂和高频响应，立管、脐带管、输油管线的涡激振动，深海工作站结构和多相油气输送等流体动力学问题。 为了开发沿海城市和海岸带，我国相继设立了开发特区，建设了众多的大型机场，数十千米长的跨海大桥，现代化的第五、第六代集装箱船深水泊位和港口，还有围海造田，以弥补土地资源的不足。上海浦东机场、天津滨海新区、唐山曹妃甸新区、东海大桥、胶州湾大桥、杭州湾大桥、港珠澳大桥、黄骅港、洋山港等都是大型的基础设施；长江口进行了大规模的双导堤加丁坝的航道整治工程，这些地区还会频繁受到海洋灾害的侵袭，因此，海岸工程问题迫切需要解决河口、海岸带复杂水流、盐度结构，航道、港口非恒定流输沙，海底沙波、沙脊迁移，桥墩、承台、桩基流动载荷、泥沙淘蚀、沙土液化，咸潮入侵，风暴潮、海啸防护，污染物输运和赤潮灾害，以及海岸工程对生态环境影响等问题。 （三）能源、环境工程 随着经济的发展、城镇化率和生活水平的提高，人们对能源的需求将与日俱增。我国能源格局以煤为主，石油资源不足，需要科学制定我国能源发展的蓝图，逐步改善能源结构，提高能源利用效率，减少二氧化碳、硫/氮氧化物、碳氢化合物等的排放，保证能源安全，提高环境质量，促进经济发展，满足人民需求，实现国际承诺。显然，能源的开发、利用离不开与流体动力学相关的科学原理和先进技术。 在化石能源方面，除了煤的清洁燃烧、三次采油外，特别要加强页岩气、煤层气和天然气水合物等非常规化石能源开采中的流动问题研究。 在可再生能源方面，水电除了高坝安全、水轮机设计外，主要关注工程的环境影响（如泥沙、生态、污染、滑坡等）及其治理；风能利用包括风能资源科学评估、风电场选址、风机优化布置、叶片设计、减噪措施等。 在核能利用方面，必须安全第*、稳步发展。要重视裂变堆热冲击载荷作用下的安全壳设计，岩土体中高放核废料安全存储和沿海风暴潮、海啸侵袭下的安全防护问题；应预先开展可增殖核燃料的先进快堆、混合堆和加速器驱动次临界系统（accelerator driven subcritical system,ADS)的先导实验研究；积极参与国际ITER计划，解决反应堆内高效传热、传质，TOKMAK中液态金属多物理场输运、等离子体加热和稳定等关键科学问题，促进先进核电技术的工程化。 20世纪中叶的八大公害事件促使人们普遍关注环境问题。经过1972年斯德哥尔摩（联合国人类环境会议）、1992年里约热内卢（联合国环境与发展会议）和2012年联合国可持续发展大会（里约+20峰会），人们就可持续发展取得共识，特别是经过IPCC持续研究，确认近百年来地球气温上升主要是人类活动在起主导作用，并于1997年签订《京都议定书》。近年来在巴厘岛、哥本哈根、坎肯、多哈、德班的联合国气候大会上，世界各国正在为制订新一轮的减排计划做出努力。我国虽提出了建设资源节约型和环境友好型社会的目标，将通过发展战略性新兴产业，转变生产发展方式实现预定目标，但因环境保护的意识不强、法制不健全，环境问题仍不容乐观，环境保护工作任重道远。 21世纪以来，极端自然灾害频发，其强度往往是50年一遇，甚至是100年一遇，应对重大自然灾害是当务之急。根据我国国情，应重点做好应对台风、风暴潮、洪水，溃坝、滑坡、泥石流等气象水文、地质灾害，建立预警系统；在全国合理调配水资源，发展节水农业，从而减轻洪涝和干旱灾害的影响。与此同时，太湖蓝藻、原油泄漏、雾霾天气等重大环境污染事件给我们敲响了警钟，需要通过调查污染物排放源、分析对流扩散规律，研究生物化学过程转化，获得各种污染物时空变化规律，控制纳污总量，合理设定排放标准，研制处理设备，结合法律、行政手段，努力改善我国的大气、水体、岩土体环境质量。对核电站的安全标准和核废料的管理更要严上加严。要科学地做好以上各项工作，就需要有流体动力学家的参与。 （四）生物医学工程 保障人民健康是关注民生的重要课题。由于老龄化、工作压力、饮食卫生、环境污染，心脑血管病、糖尿病、各种癌症等重大疾病正在威胁着我们的生命。1960年以来生物力学的发展，增进了人们对人体生理、病理、诊断、治疗的认识，为提高人类的健康水平做出积极贡献，生物医学工程的应用前景十分广阔。
定价：180.0
ISBN：9787030415356
作者：中国科学院
版次：3133
出版时间：2016-01
在线试读：
绪论流体动力学的发展——需求和前沿 流体动力学是研究流体介质的特性、状态，在各种力的驱动下发生的流动，以及质量、动量、能量输运规律的力学分支学科。由于流体介质在自然界、生命体和工程中普遍存在，流体动力学与人类生活息息相关，从飞机、船舶的阻力到作用在高层建筑和桥梁上的风载，从大气、水体中污染物的扩散到发动机中空气和燃料的混合，从土壤、植被中的水分循环到人体中的血液流动，从海洋中的风生环流、热盐环流到天气、气候的预报，无不与流体动力学有紧密联系。 一、流体动力学的早期发展和黄金时期 大气和水是世间万物不可或缺的流体介质，早在数千年前，人们通过观察知道了水流就下、风有方向、摩擦生热等知识，积累了丰富的经验，并在生产实践和日常生活中用来制造筏、舟、帆、风车等，古巴比伦的灌渠、古希腊阿基米德的提水机、古罗马的供水系统和中国的都江堰水利工程都是明证。文艺复兴时期，达·芬奇在其著作中提到了管流，他设计的水利设施、发明的流体机械和所描绘的湍流图像令人惊叹！ 17~18世纪初，科学家在连续介质假定的基础上，应用牛顿力学建立了欧拉方程和纳维斯托克斯方程，奠定了流体动力学的基础。此后，该学科朝着两个方向发展。一方面，数学分析原理日臻成熟，被广泛地应用于理想流体的研究。拉格朗日势流理论解决了水波等一些黏性可以忽略的流动问题，赫姆霍兹、开尔文等给出了旋涡运动的定律。另一方面，面对众多的实际问题，工程师导出了圣维南方程和达西定律，发展了水力学和渗流力学，其中不可避免地引进了一些经验常数，但在洪水演进、地下水利用及后来的油气藏开采中发挥了重要作用。 19世纪和20世纪之交，与物理学惊人相似的是，流体动力学的发展也遇到了两朵“乌云”。一是OReynolds于1883年用圆管内水流实验观察到流动失稳和湍流现象。人们需要回答为什么当雷诺数（Reynolds number，Re）充分大时，会发生从层流到湍流的转捩，以及如何描述和预测流体团处于无规则状态时的充分发展湍流，这个问题使众多的流体动力学家、物理学家和应用数学家投入了毕生的精力；二是人类为了实现飞行的梦想，于1903年完成了第*次动力飞行，在计算机时代以前，人们需要回答应如何计算阻力和升力，使得工程师能够设计出安全、经济、高速的飞机。从普朗特提出边界层理论起，经过冯·卡门、GI泰勒，以及俄罗斯科学家从齐奥科夫斯基起，经过茹科夫斯基、恰普雷金等几代杰出科学家近一个世纪的努力，突破“声障”、“热障”，人类可以乘坐“波音”、“空客”飞机遨游世界，并终于飞出大气层，建立空间站，登上月球，进入太空时代。两个难题的研究直接推动了一个世纪流体动力学的发展，并使力学学科进入了黄金时期。 在此进程中，中国科学家钱学森、周培源、郭永怀等在跨声速、高超声速空气动力学和湍流模式等方面的学术成就为国际航空航天事业做出了杰出贡献。从20世纪50年代起，我国开始发展近代流体动力学，专家们以“两弹一星”任务为契机，建立学科体制、制订学科规划、建设实验基地、培养年轻人才。特别是创立了高速空气动力学、化学流体力学、磁流体力学、物理力学等新兴学科，建立了中国科学院力学研究所、中国空气动力研究与发展中心、航天空气动力研究院、航空空气动力研究院等研究机构和大型试验基地。我国从1970年起相继发射第*颗人造卫星，返回式卫星，通信、气象、海洋、资源卫星，“神舟”系列载人飞船，启动了“嫦娥工程”，实现出舱行走和交会对接，跻身于世界航天强国之列。 改革开放30多年以来，我国恢复了在国际理论与应用力学联合会的地位，中国的流体力学也逐步走上国际舞台。1980年，在周培源先生等的倡导下，成立了亚洲流体力学委员会，我国是该组织三个主要发起国之一；1987年在沈元、庄逢甘、冯元桢先生的倡导下，国际流体力学系列会议在中国召开；1992年，莱特希尔、郑哲敏主持了在北京召开的国际热带气旋灾害讨论会。此外，还有国际燃烧会议、国际稀薄气体动力学会议、中日湍流研讨会、中美日生物力学研讨会、中日流动显示会议在主办国轮流召开。在此期间，中国派出了大批学者参与国际交流，中国的流体动力学得到了全面发展，在油气开采、长江三峡、青藏铁路、高速列车等与国家经济社会紧密相关的重大工程中取得了举世瞩目的成就。 在21世纪，作为一门经典的基础学科，流体动力学未来究竟如何发展，流体动力学是否还有前沿科学问题需要解决，流体动力学家是否还能在工程领域发挥重要作用，这是流体动力学学科发展战略研究首先需要回答的问题。 二、流体动力学的机遇和需求 20世纪，人类依靠科学和技术在空间、信息、生物技术领域取得重大突破，在上述高技术领域，前进的步伐不会放缓。另外，人口增长、资源短缺、能源危机、气候变化、社会动荡等问题给我们带来严重威胁。在2012年全球15个科学院联合签署的GScience科技声明中，提出世界面临“满足水和能源需求”、“应对自然和工程灾害”和“实现温室气体减排目标”的三大难题。 我国经过30多年的高速发展，目前已经成为世界第二大经济体，正在为实现全面建成小康社会目标而努力奋斗。前面提到的高技术领域和三大难题也是我国在经济社会发展中，为转变生产发展方式所必须认真思考和着力解决的共性问题。显然，它们与流体动力学的研究密切相关，并充分体现在国家科技重大专项、国家重点基础研究发展计划（“973”计划）、国家高技术研究发展计划（“863”计划）、《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》和国家自然科学基金的指南中。 在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中，国家确定了涉及信息、生物等战略产业领域，能源资源环境和人民健康等的重大紧迫问题，以及军民两用和国防技术的共16个重大专项，其中大型油气田及煤层气开发、大型先进压水堆及高温气冷堆核电站、水体污染控制与治理、大型飞机、载人航天与探月工程等6项是与流体动力学紧密相关的。 在《国家“十二五”科学和技术发展规划》中提出：围绕培育和发展战略性新兴产业，集中力量实施一批科技重点专项，以尽快转变我国经济发展模式，提高经济发展质量。在重点发展的7个领域的新兴产业中，如节能环保中的煤炭清洁高效利用，净化废气、烟气、尾气的蓝天工程；高端装备制造中的高端海洋工程装备等科技产业化工程，研发高速列车谱系化和智能化等重大关键技术；新能源中的风电、新一代生物质能源、海洋能、地热能、新一代核能等关键技术、装备及系统等都离不开流体动力学的前沿研究。 总而言之，今天人类经济社会发展的重大需求仍然为流体动力学的发展提供了无限广阔的前景。 （一）航空、航天工程 广袤的空间对于经济、科学和国家安全来说极其重要，是世界发达国家的必争之地。我国已经成为航天强国，未来的目标是建立空间站、开展空间应用和深空探测。但是，“挑战者号”、“哥伦比亚号”失事导致美国航天飞机于2011年全部退役，表明人类尚未解决天地间运输系统问题。为适应未来航天工程的需求，我们需要分步研制经济、安全、可靠的水平起飞、水平降落的大型空天飞机。此外，临近空间飞行器作为在近空间做长时间、持续航行或以高超声速巡航的运载工具，特别是因为它们在通信导航、电子压制、灾害预警等方面极具发展潜力，是航天工程另一有前景的方向。这类飞行器都具有飞行高度介于空天之间、飞行时间长等特点，并兼有航空、航天器特性。为此，需要攻克吸气式冲压发动机、防热系统和飞行器构型一体化设计等难关。 对于民用客机，国际上已经形成几乎被波音和空客两大公司垄断的局面。我国的民用客机虽曾研制了“运十”，经过试飞，但*终未投入生产和运行。目前，我国的支线飞机，如“新舟”系列、ARJ系列等的性能尚需提高。大型客机C—919的研制正在有序进行，在国家重大专项的支持下，待解决的重大技术问题包括超临界机翼、增升装置、气动弹性、降噪措施和整机优化设计等。但是，关键还是要进一步深入研究可压缩湍流模型、流动控制、计算流体力学（CFD）和风洞试验技术等科技难题，以实现自主创新设计大型客机，并在航程、耗油率、升阻比、噪声水平、先进材料使用等方面达到国际先进水平，满足日益严格的适航要求和适应竞争激烈的市场环境。在研制大型客机的同时，设计先进的航空发动机也应提到议事日程上来。 高速列车虽然是陆上交通工具，但当运行速度超过300千米/小时时，空气动力的因素将占主导地位，空气动力学在这一领域日益重要。关于气动性能，需要研究气动阻力来源、减阻措施、过隧道和会车时的压力波、横风侧力、升力和倾覆力矩。就气动噪声来说，需要确定噪声源、噪声水平、减噪措施等。 （二）海洋、海岸工程 中国具有漫长的海岸线和辽阔的海域，蕴藏着丰富的矿物、油气和生物资源，对经济增长、能源安全和领海安全至关重要。我国在20世纪60～70年代开发海洋，经80年代后的大发展，迄今已经建成海洋石油工业体系，具有自主设计和制造近海水深300米以下固定式平台的能力。近30年来，世界发展趋势已经从浅海到深水，从大陆架到深海盆，从水面到水下，所以，必须研制适合于深海作业的浮式结构，其中*有代表性的有张力腿平台（TLP）、半潜式平台（SEMI）、单柱式平台（SPAR）和浮式生产储油系统（FPSO）等。为了利用海洋空间，超大型浮式结构（VLFS）可以弥补沿海地区土地资源的不足。因此，海洋工程受到国家、工业界、工程界和科学界的重视。2010年，我国自行设计研制的第*艘半潜式深水（3000米）钻井平台——“海洋石油981”顺利下水。海洋结构必须经受严峻海洋环境中巨大流体动力学载荷的考验，因此，海洋工程领域需要解决极端风、浪、流环境预测，浮式平台的慢漂和高频响应，立管、脐带管、输油管线的涡激振动，深海工作站结构和多相油气输送等流体动力学问题。 为了开发沿海城市和海岸带，我国相继设立了开发特区，建设了众多的大型机场，数十千米长的跨海大桥，现代化的第五、第六代集装箱船深水泊位和港口，还有围海造田，以弥补土地资源的不足。上海浦东机场、天津滨海新区、唐山曹妃甸新区、东海大桥、胶州湾大桥、杭州湾大桥、港珠澳大桥、黄骅港、洋山港等都是大型的基础设施；长江口进行了大规模的双导堤加丁坝的航道整治工程，这些地区还会频繁受到海洋灾害的侵袭，因此，海岸工程问题迫切需要解决河口、海岸带复杂水流、盐度结构，航道、港口非恒定流输沙，海底沙波、沙脊迁移，桥墩、承台、桩基流动载荷、泥沙淘蚀、沙土液化，咸潮入侵，风暴潮、海啸防护，污染物输运和赤潮灾害，以及海岸工程对生态环境影响等问题。 （三）能源、环境工程 随着经济的发展、城镇化率和生活水平的提高，人们对能源的需求将与日俱增。我国能源格局以煤为主，石油资源不足，需要科学制定我国能源发展的蓝图，逐步改善能源结构，提高能源利用效率，减少二氧化碳、硫/氮氧化物、碳氢化合物等的排放，保证能源安全，提高环境质量，促进经济发展，满足人民需求，实现国际承诺。显然，能源的开发、利用离不开与流体动力学相关的科学原理和先进技术。 在化石能源方面，除了煤的清洁燃烧、三次采油外，特别要加强页岩气、煤层气和天然气水合物等非常规化石能源开采中的流动问题研究。 在可再生能源方面，水电除了高坝安全、水轮机设计外，主要关注工程的环境影响（如泥沙、生态、污染、滑坡等）及其治理；风能利用包括风能资源科学评估、风电场选址、风机优化布置、叶片设计、减噪措施等。 在核能利用方面，必须安全第*、稳步发展。要重视裂变堆热冲击载荷作用下的安全壳设计，岩土体中高放核废料安全存储和沿海风暴潮、海啸侵袭下的安全防护问题；应预先开展可增殖核燃料的先进快堆、混合堆和加速器驱动次临界系统（accelerator driven subcritical system,ADS)的先导实验研究；积极参与国际ITER计划，解决反应堆内高效传热、传质，TOKMAK中液态金属多物理场输运、等离子体加热和稳定等关键科学问题，促进先进核电技术的工程化。 20世纪中叶的八大公害事件促使人们普遍关注环境问题。经过1972年斯德哥尔摩（联合国人类环境会议）、1992年里约热内卢（联合国环境与发展会议）和2012年联合国可持续发展大会（里约+20峰会），人们就可持续发展取得共识，特别是经过IPCC持续研究，确认近百年来地球气温上升主要是人类活动在起主导作用，并于1997年签订《京都议定书》。近年来在巴厘岛、哥本哈根、坎肯、多哈、德班的联合国气候大会上，世界各国正在为制订新一轮的减排计划做出努力。我国虽提出了建设资源节约型和环境友好型社会的目标，将通过发展战略性新兴产业，转变生产发展方式实现预定目标，但因环境保护的意识不强、法制不健全，环境问题仍不容乐观，环境保护工作任重道远。 21世纪以来，极端自然灾害频发，其强度往往是50年一遇，甚至是100年一遇，应对重大自然灾害是当务之急。根据我国国情，应重点做好应对台风、风暴潮、洪水，溃坝、滑坡、泥石流等气象水文、地质灾害，建立预警系统；在全国合理调配水资源，发展节水农业，从而减轻洪涝和干旱灾害的影响。与此同时，太湖蓝藻、原油泄漏、雾霾天气等重大环境污染事件给我们敲响了警钟，需要通过调查污染物排放源、分析对流扩散规律，研究生物化学过程转化，获得各种污染物时空变化规律，控制纳污总量，合理设定排放标准，研制处理设备，结合法律、行政手段，努力改善我国的大气、水体、岩土体环境质量。对核电站的安全标准和核废料的管理更要严上加严。要科学地做好以上各项工作，就需要有流体动力学家的参与。 （四）生物医学工程 保障人民健康是关注民生的重要课题。由于老龄化、工作压力、饮食卫生、环境污染，心脑血管病、糖尿病、各种癌症等重大疾病正在威胁着我们的生命。1960年以来生物力学的发展，增进了人们对人体生理、病理、诊断、治疗的认识，为提高人类的健康水平做出积极贡献，生物医学工程的应用前景十分广阔。