科學研究:
研究領(lǐng)域:
微重力流體力學、流體穩(wěn)定性及其流體界面現(xiàn)象,主要包括自然對流與熱毛細對流,Marangoni 對流及Marangoni-Benard對流,多層流體對流與不穩(wěn)定性,材料生長的液體覆蓋動力學控制、固-液界面形態(tài)穩(wěn)定性,對流與界面蒸發(fā),對流與振動效應(yīng)等。
1 流體力學:對流與擴散、界面流體動力學、復雜流動與穩(wěn)定性分析、流體計算方法等;
2 微重力流體物理: 流體界面現(xiàn)象與界面流動、熱毛細對流與Marangoni對流、空間蒸發(fā)與冷凝、空間在軌流體管理、微重力實驗技術(shù)等;
3 其他:熱聲與交變流動、流致噪聲、流體熱振動、材料流體等。
承擔科研項目情況:
1、 歐空局IML-2空間流體實驗研究項目(1991-1995年)(法國);
2、 中國科學技術(shù)部中法先進研究計劃(PRA-M94-2)項目(1994-1996年)(中-法合作);
3、 中國科學院“百人計劃”、“引進國外杰出人才”項目 (1998-2001年);
4、 科學技術(shù)部攀登預選項目(95-預-34)“微重力科學交叉研究”(1998-2000年);
5、 國家自然科學基金重點項目“微重力流體物理”(1998-2001年);
6、 中國科學院知識創(chuàng)新重要方向項目 “微重力流體物理”(1999-2001年);
7、 總裝備部“SJ-5號衛(wèi)星空間流體搭載實驗”(921)項目(1995-2000年);
8、 中科院力學所二期創(chuàng)新方向項目“微重力科學的前沿問題”(2001-2005年);
9、 中科院二期知識創(chuàng)新重要方向項目:“空間長壽命運動部件”(2004-2006年);
10、 國家自然科學基金面上項目(No. 10372105)“多層流體Rayleigh-Marangoni- Bénard對流不穩(wěn)定性的理論與實驗研究” (2004-2006年);
11、 基金委中-俄羅斯(NSFC-RFBR-10511120194)國際合作基金項目(2005-2006年)(中-俄合作);
12、 國家自然科學基金面上項目(No. 10772185)“蒸發(fā)(冷凝)與對流流動耦合機理的理論與實驗研究”(2008-2010年);
13、 中-俄航天空間合作項目“微重力流體物理-多層流體對流空間實驗研究”(2006-2014年)(中-俄合作);
14、 國家自然科學基金重大項目“大振幅、高頻率可壓縮交變流動低溫傳熱機理研究”(No. 50890182)(2009-2012年);
15、 國家自然科學基金面上項目(No. 11072249)“空間液體推進劑重定位動力學特征的理論與實驗研究”(2011-2013年);
16、 “十一五”國家科技支撐計劃重大項目(2009BAG12A03)“高速列車氣動噪聲預測與評估研究”(2009-2012年);
17、 中國科學院知識創(chuàng)新工程重要方向項目“高速列車噪聲機理及其降噪技術(shù)研究”(KJCX2-EW-L02)(2010-2014年);
18、 中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項-實踐十號返回式科學實驗衛(wèi)星“蒸發(fā)與流體界面效應(yīng)空間實驗研究”項目( XDA04020202-02)(2010-2015年)(中-法合作)主持,國家級;
19、 中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項“空間科學預先研究項目”(XDA04073000)(2011-2013年);
20、 xxx, 主持, 國家級, 2013-06--2014-12;
21、車噪聲分布及結(jié)構(gòu)振動特征關(guān)系研究, 主持, 部委級, 2013-01--2014-12;
22、蒸發(fā)與流體界面效應(yīng), 主持, 部委級, 2014-01--2015-12;
23、空間站兩相系統(tǒng)研究實驗柜, 主持, 國家級, 2013-01--2021-12;
24、微(變)重力環(huán)境下復雜界面流體傳輸特性與流動穩(wěn)定性研究, 主持, 國家級, 2016-01--2020-12;
25、載人航天工程-兩相系統(tǒng)實驗平臺研究, 主持, 國家級, 2013-01--2016-12。
26、XX工程空間應(yīng)用系統(tǒng)微重力流體科學系統(tǒng)研制保障條件建設(shè)項目, 主持, 國家級, 2018-06--2020-05。
27、 載人空間站工程空間科學與應(yīng)用項目一期“空間空間變重力在軌流體管理研究”, 主持, 國家級, 2019-01--2022-11。
28、載人空間站工程空間科學與應(yīng)用項目一期“空間蒸發(fā)相變與熱質(zhì)傳輸過程強化實驗研究”, 主持, 國家級, 2019-01--2023-06。
29、中歐載人航天合作首批空間科學應(yīng)用合作項目”空間蒸發(fā)相變與傳熱-DEPTHS“, 主持, 國家級, 2018-06--2021-12。
科研成果:
長期從事微重力流體力學研究工作,在自然對流、流體界面現(xiàn)象及其流體穩(wěn)定性、液體覆蓋動力學控制等方面獲得了大量研究成果。在法國攻讀博士學位期間,參加歐洲ESA主持的IML-2微重力流體空間實驗研究計劃的理論研究工作。獨立完成了當時尚未深入開展的多層流體自然對流和熱毛細對流的理論研究工作,發(fā)展了多層流體的數(shù)值計算方法和近似理論分析解,為IML-2空間流體實驗提供了重要的理論分析結(jié)果。由于很好地完成了具有國際水平的研究工作,其博士論文在法國獲得了最高優(yōu)秀成績評語。
留學歸國后負責我國首次實踐五號科學衛(wèi)星空間流體搭載實驗項目,任該項實驗的副主管設(shè)計師,合理設(shè)計了空間實驗研究模型和雙層流體系,首次給出水平加熱多層熱毛細對流的振蕩臨界參數(shù),并于1999年成功完成了多層流體空間實驗。這是我國首次衛(wèi)星搭載的空間流體實驗項目,其成功完成為我國后續(xù)的流體物理空間科學實驗提供了寶貴經(jīng)驗。兩層流體Rayleigh-Marangoni-Benard 對流穩(wěn)定性與熱毛細效應(yīng)的理論研究取得重要進展,利用穩(wěn)定性理論和數(shù)值模擬的綜合方法成功解釋了國際上Degen等人所做的實驗研究觀測結(jié)果與前期理論分析件間存在的差異,并率先提出了熱毛細效應(yīng)可引發(fā)近臨界處系統(tǒng)的二次振蕩不穩(wěn)定性和Hopf交叉現(xiàn)象。該研究結(jié)果已經(jīng)應(yīng)邀在2004年第二屆國際空間物理科學大會上做特邀大會報告,引起與會者的關(guān)注。近期劉秋生研究員領(lǐng)導的課題組開展了界面蒸發(fā)與對流穩(wěn)定性,對流與振動效應(yīng)和固/液界面形態(tài)穩(wěn)定性等新課題研究。同時開展了以我國空間飛行器運動部件長壽命為目標的空間液體潤滑和空間流體管理等方面的應(yīng)用需求相結(jié)合的重要研究課題。在上述微重力流體物理及空間流體管理研究領(lǐng)域中,劉秋生研究組與法國、比利時、加拿大、俄羅斯等國外實驗室間開展了良好的合作研究。其中與法國科研中心(CNRS)材料與微電子實驗室(L2MP)開展了流體與空間材料科學交叉的研究課題,我方的動力學模型化研究工作獲得對方的好評,并被法國空間研究中心(CNRS)推薦為首選的法-中微重力國際合作研究課題。
劉秋生研究員曾先后承擔國家攀登預選項目、國家自然科學基金的重點項目、面上項目和中-俄國際合作基金項目,以及中科院知識創(chuàng)新工程項目等多項微重力流體物理科研和國際合作,并先后參加國家有關(guān)科技部門和中科院組織的我國“十五”和“十一五”期間空間科學研究中長期發(fā)展規(guī)劃,為我國微重力流體物理及空間科學實驗研究等做出了貢獻。曾獲中科院科技進步二等獎,中科院載人航天工程優(yōu)秀工作者獎。
發(fā)明專利:
[1]劉秋生,朱志強,解京昌,林海,王青溫,徐雙滿. 一種微重力環(huán)境下的大尺寸液滴相變過程觀測的實驗裝置[P]. CN113393741A,2021-09-14.
[2]劉秋生,朱志強,解京昌,陳雪,劉文軍. 一種高有效載荷質(zhì)量占比的大中型多層空間實驗裝置[P]. CN213974525U,2021-08-17.
[3]朱志強,劉秋生,解京昌,徐雙滿,王青溫. 一種微重力環(huán)境下的大尺寸液滴的形成與保持裝置及方法[P]. CN113252514A,2021-08-13.
[4]劉秋生,陶躍群,朱志強,張崢智. 一種精確判定冷凝液膜形成起始點的綜合測量系統(tǒng)[P]. CN213779934U,2021-07-23.
[5]劉秋生,朱志強,解京昌,陳雪,劉文軍. 一種高有效載荷質(zhì)量占比的大中型多層空間實驗裝置及安裝方法[P]. CN112455734A,2021-03-09.
[6]劉秋生,陶躍群,朱志強,張崢智. 一種精確判定冷凝液膜形成起始點的綜合測量系統(tǒng)及方法[P]. CN112378948A,2021-02-19.
[7]劉秋生,王許穩(wěn),朱志強. 一種小型清潔高壓注液工裝[P]. CN212456266U,2021-02-02.
[8]劉秋生,朱志強,王許穩(wěn). 一種空間地面兩用蒸汽發(fā)生器[P]. CN212273952U,2021-01-01.
[9]劉秋生,王許穩(wěn),朱志強. 一種小型清潔高壓注液工裝[P]. CN111779968A,2020-10-16.
[10]劉秋生,朱志強,王許穩(wěn). 一種空間地面兩用蒸汽發(fā)生器[P]. CN111780079A,2020-10-16.
國際合作者:
Professors B. Billia & H. N. Thi, Aix-Marseille University (IM2NP/CNRS), France
Professors L. Tadrist & D. Brutin, Aix-Marseille University (IUSTI/CNRS), France
Professor M. Dreyer, University of Bremen (ZARM), Germany
Professor A. Oron, Technion - Israel Institute of Technology, Israel
Professor O. Kabov, Kutateladze Institute of Thermophysics/SB RAS, Russia
Professor B. Roux, Aix-Marseille University (M2P2-IMT), France
Professor J.C. Legros, Université Libre de Bruxelles(MRC), Belgium
Professor C. Ward, University of Toronto, Canada
論文專著:
代表性英文論文:
(1) Wenjun Liu, Paul G. Chen, Jalil Ouazzani, Qiusheng Liu(*),Thermocapillary flow transition in an evaporating liquid layer in a heated cylindrical cell, International Journal of Heat and Mass Transfer, r 153 (2020) 119587(SCI), 2020, 通訊作者
(2) Guofeng Xu, Qiusheng Liu(*), Jun Qin and Zhiqiang Zhu,Numerical study of thermocapillary-buoyancy convection of volatile liquid layer in an enclosed cavity, Microgravity Science and Technology,(2020) 32:305-319(SCI), 2020, 通訊作者
(3) Guofeng Xu, Qiusheng Liu(*), Jun Qin and Zhiqiang Zhu. Instability in Two-sided Thermocapillary-Buoyancy Convection with Interfacial Phase-Change, Chinese Physics Letters,Vol. 37, No. 1 (2020) 014701, 2020, 通訊作者
(4) Qiusheng Liu, Guofeng Xu, Zhiqiang Zhu, Jun Qin and Dongdong Zhao. Experimental investigation of drop evaporation in Microgravity onboard Chinese satellite SJ10, 70th International Astronautical Congress (IAC), 2019, 第 1 作者
(5) Three-Dimensional Numerical Simulation on Marangoni Convectionin a Sessile Water Droplet Evaporating in its Vapor at Low Pressure, Microgravity Science and Technology, 2019, 第 4 作者
(6) Guofeng Xu a,b, Qiusheng Liu a,b,*, Jun Qina,b, Zhi-Qiang ZhuNumerical study of thermocapillary-buoyancy convection of volatile liquid layer in an enclosed cavity, Microgravity Science and Technology, 2019, 通訊作者
(7) Determination of Diffusion Coefficient in Droplet EvaporationExperiment Using Response Surface Method, Microgravity-Science and Technology, 2018, 第 4 作者
(8) Numerical simulations of sessile droplet evaporating on heated substrate, Eur. Phys. J. Special Topics, 2017, 第 4 作者
(9) Thermal effects of substrate on Marangoni flow in droplet evaporation:Response surface and sensitivity analysis, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2017, 通訊作者
(10) Drop Tower Experiment to Study theCapillary Flow in Symmetrical andAsymmetrical Channels, Microgravity Science and Technology, 2016, 通訊作者
(11) Solutal Convection of Liquid Al-3.5 wt%Li during Its Upward Solidification, Chinese Physics Letters, 2016, 第 3 作者
(12) Thermodynamic Behaviors of Macroscopic Liquid Droplets Evaporation from Heated Substrates,, Microgravity Science and Technology,, 2015, 通訊作者
(13) Experiments of Transient Condensation Heat Transfer on the Heat Flux Senor, Microgravity Science and Technology, 2015, 通訊作者
(14) Non-modal stability in Hagen-Poiseuille flow of a Bingham fluid,, Phys. Fluids, 2014, 通訊作者
(15) Thermocapillary effect on the dynamics of viscous beads on vertical fiber,, Phys. Rev. E, 2014, 通訊作者
(16) ,Linear instability analysis of thermocapillary convection in a bilayer system, ,INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER, 2013, 通訊作者
(17) Viscous liquid films on a porous vertical cylinder: Dynamics and stability, Phys. Fluids,, 2013, 通訊作者
(18) Suppression of Natural Convection in a Thermoacoustic Pulse Tube Refrigerator, Chinese Physics Letters, 2013, 通訊作者
(19) Simulating Propellant Reorientation of Vehicle Upper Stage in Microgravity Environment, Microgravity Sci. Technol., 2013, 通訊作者
(20) Interfacial Temperature Discontinuities in a Thin Liquid Layer during Evaporation , Microgravity Sci. Technol, 2013, 通訊作者
(21) Nonmodal stability in Hagen-Poiseuille flow of a shear thinning fluid,, Physical Review E, 2012, 通訊作者
(22) Non-modal stability in sliding Couette flow. ., J. Fluid Mech, 2012, 通訊作者
(23) Rong Liu, Qiusheng Liu, Non-modal instability in plane Couette flow of a power-law fluid, J. Fluid Mech. Vol.676 ( 2011) pp145-171 通訊作者
(24) Zijing Ding, Qiusheng Liu, Stability of liquid films on a porous vertical cylinder, Phys. Rev. E 84, 046307 , 通訊作者
(25) Qiusheng Liu, Rong Liu, Influence of High-FrequencyVibration on the Rayleigh-Marangoni instability in a Two-Layer System Phys. Fluids, 23(3) 034105 (2011)
(26) Zhao Si-Cheng, Liu Qiu-Sheng, et al, Gravity-Driven Instability in a Liquid Film Overlying an Inhomogeneous Porous Layer, Chinese Physics Letters, Vol.28, No.2 (2011) 024701
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(28) Rong Liu, Qiusheng Liu, “Non-modal instabilities of two-dimensional disturbances in plane Couette flow of a power-law fluid.” J. Non-Newtonian Fluid Mech., 165 (2010) 1228–1240
(29) SiCheng Zhao, Qiusheng Liu et al, Thermal effects on Rayleigh–Marangoni–Bénard instability in a system of superposed fluid and porous layers, Int. J. of Heat & Mass Transfer, Vol.53, (2010) :2951
(30) Zhao Si-Cheng, Liu Qiu-Sheng, et al, Three Dimensional Linear Instability Analysis of Thermocapillary Return Flow on a Porous Plane, Chinese Physics Letters, Vol.27, No.2 (2010) 024707
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(32)J. Hu, B.-H. Zhou, Y.-H. Hang, Q.-S. Liu and S.-D. Zhang, Linear spatiotemporal instability analysis of ice growth under a falling water film, J. Fluid Mech. Vol.649 ( 2010) pp453-466
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(35)Rong Liu, Qiusheng Liu, Sicheng Zhao, Influence of Rayleigh-effect combined with Marangoni effect on the onset of convection in a liquid layer overlying a porous layer, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.51, Issue 25-26 (2008):6328-6331
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(37)David Brutin,,Zhi-Qiang Zhu,Ouamar Rahli, Jing-Chang Xie, Qiu-Sheng Liu & Lounès Tadrist, Evaporation of Ethanol Drops on a Heated Substrate Under Microgravity Conditions. Microgravity Sci. Technol (2010) 22 (3):387-395
(38)Zhi-Qiang Zhu, Qiu-Sheng Liu, Jing-Chang Xie, Experimental Study on the Combined Evaporation Effect and Thermocapillary Convection in a Thin Liquid Layer. Microgravity Sci. Technol (2009) 21 (Suppl 1):S241–S246
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(40)Rong Liu, Qiusheng Liu, The Convective Instabilities in a Liquid–Vapor System with a Non-equilibrium Evaporation Interface, Microgravity Sci. Technol (2009) 21 (Suppl 1):S233–S240
(41)David Brutin, ZhiQuiang Zhu, Ouamar Rahli, JingChang Xie, QuiSheng Liu, Lounes Tadrist, Sessile Drop in Microgravity: Creation, Contact Angle and Interface, Microgravity Sci. Technol (2009) 21 (Suppl 1):S67–S76
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(48)Zhu Zhiqiang, Ji Yan, Liu Qiusheng, Yan Jiaping, Xie Jingchang, Experimental Study on the Coupling of Thermocapillary Convection and Evaporation Effect in A Liquid Layer, Chinese Journal of Space Sciences, Vol.28, No.1, (2008): 12-16
(49)JI Yan, LIU Qiu-Sheng, ZHU Zhi-Qiang, Numerical Simulation of Thermocapillary Convection in an Evaporating Liquid Layer Under Microgravity Condition. Chinese Journal of Space Sciences, Vol. 28, No. 4 (2008) :350-355
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(51)Zhou B.H., H. Jung, N. Mangelinck-NoÄel, Nguyen Thi H., Billia B., Liu Q.S., Lan C.W., Comparative study of the influence of natural convection on directional solidification of Al¡3:5wt%Ni and Al¡ 7wt%Si alloys. Adv. Space Research 41 (2008) 2112
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(71)Q.S. Liu and B. Roux, Marangoni convection in immiscible double liquids, Int. Journal for Microgravity Sci. Technol. VII/1. pp103-111, (1994)
(72)Q.S. Liu, G.Chen and B. Roux , Thermogravitational and thermocapillary convection in a cavity containing two superposed immiscible liquid layers, Int. J. Heat & Mass Transfer, Vol.36 No.1 pp101-117 (1993)
發(fā)表中文期刊論文:
[1]徐國峰,劉秋生,秦軍,朱志強.Instability in Two-Sided Thermocapillary-Buoyancy Convection with Interfacial Phase Change[J].Chinese Physics Letters,2020,37(01):35-39. 通訊作者
[2]劉榮,劉秋生.熱毛細效應(yīng)對細絲薄膜流動不穩(wěn)定性的影響[J].空間科學學報,2016,36(04):497-500.
[3]王許穩(wěn),晏碩,劉秋生,朱志強.基于紅外熱像儀對珠狀凝結(jié)換熱過程實驗[J].空間科學學報,2016,36(04):520-524. 通訊作者
[4]劉文軍,朱志強,劉秋生.天舟一號貨運飛船空間實驗裝置蒸發(fā)相變地面實驗[J].空間科學學報,2016,36(04):481-486. 通訊作者
[5]徐國峰,朱志強,劉秋生,陳雪,林海,解京昌.實踐十號衛(wèi)星蒸發(fā)對流箱地面科學實驗結(jié)果分析[J].空間科學學報,2016,36(04):508-512. 通訊作者
[6]晏碩,王許穩(wěn),劉秋生,朱志強.天舟一號空間冷凝實驗裝置地基冷凝實驗[J].空間科學學報,2016,36(04):531-535.通訊作者
[7]陳小亮,高源,劉秋生.空間在軌流體輸運穩(wěn)定性落塔實驗[J].空間科學學報,2016,36(04):542-546. 通訊作者
[8]高源,陳小亮,劉秋生.空間在軌流體輸運雙槽道微重力實驗裝置[J].空間科學學報,2016,36(04):590-594. 通訊作者
[9]趙思誠,劉秋生,Henri Nguyen-Thi,Bernard Billia.Solutal Convection of Liquid Al-3.5 wt%Li during Its Upward Solidification[J].Chinese Physics Letters,2016,33(06):57-60.
[10]劉秋生,解京昌,朱志強,林海,陳雪,徐國峰,高源.搭載實踐十號衛(wèi)星的蒸發(fā)液滴空間實驗研究[J].力學與實踐,2016,38(02):201-202.
[11]楊國偉,魏宇杰,趙桂林,劉玉標,曾曉輝,邢云林,賴姜,張營營,吳晗,陳啟生,劉秋生,李家春,胡開鑫,楊中平,劉文正,王文靜,孫守光,張衛(wèi)華,周寧,李瑞平,呂青松,金學松,溫澤峰,肖新標,趙鑫,崔大賓,吳兵,鐘碩喬,周信.高速列車的關(guān)鍵力學問題[J].力學進展,2015,45(00):217-460.
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[20]朱志強,紀巖,劉秋生,閻嘉坪,解京昌.蒸發(fā)效應(yīng)與熱毛細對流耦合現(xiàn)象的實驗研究[J].空間科學學報,2008(01):12-16.
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會議論文:
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[2]劉秋生. 微重力流體復雜界面現(xiàn)象研究進展[C]. 中國空間科學學會第七次學術(shù)年會會議手冊及文集. 2009:427.
[3]袁章福,劉秋生. 微重力環(huán)境下材料熱物性研究的現(xiàn)狀和發(fā)展[C]. 中國空間科學學會第七次學術(shù)年會會議手冊及文集. 2009:439.
[4]周炳紅,胡煒,蔡世界,于強,劉秋生. 微重力條件下火箭液氫貯箱重定位過程的數(shù)值模擬[C]. 中國力學學會學術(shù)大會'2009論文摘要集. 2009:299.
[5]周炳紅,胡煒,蔡世界,于強,劉秋生. 重定位過程的數(shù)值模擬[C]. 中國力學學會學術(shù)大會'2009論文摘要集. 2009:303.
[6]胡良,劉秋生,劉方,張璞,姚永龍,胡文瑞,胡行毅,孟新,李保和,蘇健. 實踐五號衛(wèi)星兩層流體Marangoni對流和熱毛細對流研究[C]. 實踐五號衛(wèi)生空間探測與試驗成果學術(shù)會議論文集. 2002:90-96.
[7]胡行毅,孟新,蘇建,李保和,姚永龍,劉秋生,劉方,胡良. SJ-5號衛(wèi)星空間流體實驗系統(tǒng)——開展遙科學實踐[C]. 實踐五號衛(wèi)生空間探測與試驗成果學術(shù)會議論文集. 2002:101-106.
[8]張嘉鋒,周炳紅,康琦,胡良,劉秋生. 兩層不混溶液體中Bénard-Marangoni對流的實驗研究[C]. 流動顯示’2002第五屆全國流動顯示學術(shù)會議論文集. 2002:268-274.