2025年能源工程中的流固耦合前沿问题研讨会

能源工程中的流固耦合前沿问题研讨会定于2025年11月1日至3日在广东省深圳市召开，本届会议由中国力学学会流固耦合力学专业委员会主办，中国力学学会反应堆结构力学专业委员会协办，中广核研究院有限公司承办。本次研讨会主要聚焦核能工程中的流固耦合主题，重点针对新质反应堆的流致振动问题、数据驱动的反应堆流致振动分析方法、高精度的流固耦合数值方法等热点问题开展学术研讨，也欢迎能源工程领域的其他流固耦合问题参与研讨。

现将会议有关安排通知您，诚邀您届时赴会、莅临指导！

学术委员会

主席：

万志强、路广遥、赖姜

副主席：

张鲲、张旭辉、朱贺

学术委员会（按姓氏首拼音排序）：

包艳、蔡尚炅、陈德奇、何超、黄小波、姜乃斌、蒋顺利、李振、罗家成、吕峰、潘定一、秦洁、谭添才、孙磊、谭蔚、袁德文、张书俊、朱国瑞、朱红钧、朱仕斌、郑冠男

以下内容为GPT视角对能源工程中的流固耦合前沿问题研讨会相关领域的研究解读，仅供参考：

能源工程中的流固耦合研究现状

一、核心应用领域：从传统能源到清洁能源的全覆盖

石油工程

流固耦合研究贯穿钻井、开发全流程。高含水条件下，多相渗流与岩石变形的耦合作用直接影响油藏采收率。例如，煤层气开采中，煤体骨架应力变化导致孔隙结构改变，进而影响瓦斯流动与煤岩体力学性质，形成“应力-渗流-变形”三场耦合机制。我国煤藏量丰富，此类研究对煤炭安全开采具有战略意义。

CO₂地质封存

通过建立两相渗流流固耦合模型，分析CO₂注入对井筒完整性的影响。研究显示，CO₂注入压力变化可能引发水泥环失效，需优化注采参数以降低井筒损伤风险，为碳捕集利用与封存（CCUS）技术提供安全保障。

干热岩开发

针对地热能开发中的井筒热应力问题，建立热流固耦合模型，模拟高温条件下套管-水泥环胶结面应力场分布。研究结果为保护井筒完整性、提高地热能开发效率提供理论指导。

风力机设计

风力机叶片在气动载荷作用下产生大挠度变形，形成非定常气动载荷与非定常变形的双向耦合。基于流固耦合的叶片应力/应变特性分析，已成为大容量风电机组设计的核心技术之一。

燃煤机组掺烧技术

在燃煤电厂中，流固耦合研究应用于多源固废（如生物质、污泥）与煤的协同处置。通过优化掺烧比例和工艺参数，实现固废资源化利用与煤电低碳化转型。例如，生物质直燃耦合燃煤发电技术可将掺烧比例提升至10%以上，显著降低碳排放。

二、研究方法进展：从线性到非线性，从单场到多场耦合

耦合机制深化

非线性问题突破：研究从线性流固耦合扩展至非线性领域，考虑材料非线性、几何非线性及流体粘性、空化效应，模拟晃动、飞溅等复杂行为。

多场耦合拓展：在流固耦合基础上，引入热场、化学场等多物理场耦合，形成热流固耦合、化学流固耦合等复杂模型，适用于干热岩开发、CO₂地质封存等场景。

数值模拟技术升级

算法融合：发展单步耦合（线性求解）、多步耦合（时间离散交互）和直接耦合（统一方程同步求解）方法。直接耦合虽理论成熟度不足，但可消除时间滞后，成为前沿研究方向。

软件平台整合：在ANSYS、ABAQUS等通用软件中实现多场耦合算法集成，支持复杂工程问题的全流程模拟。例如，利用ABAQUS模拟地下煤岩体真三轴流固耦合试验，揭示煤岩力学特性与渗流规律。

实验技术革新

高性能试验系统：研制多功能真三轴流固耦合试验装置，模拟地下煤岩体三向不等主应力状态，获取高精度实验数据。

智能监测技术：结合分布式光纤传感、DIC（数字图像相关）等技术，实时监测流固耦合界面变形与应力分布，为模型验证提供依据。

三、技术挑战与突破方向：精度、效率与应用的协同提升

模型精度提升

孔隙尺度建模：针对煤层气、页岩气开发，需建立孔隙级流固耦合模型，明确孔隙结构对渗流-应力耦合机制的影响。

多尺度耦合方法：发展跨尺度耦合算法，连接微观孔隙模型与宏观工程尺度模型，提高预测准确性。

计算效率优化

并行计算技术：利用GPU加速、分布式计算等技术，缩短大规模流固耦合问题的求解时间。

降阶模型（ROM）：构建基于机器学习的降阶模型，在保证精度的前提下，实现实时仿真与优化控制。

工程应用拓展

新能源领域：在海上风电、氢能储运等新兴领域，开展流固耦合研究。例如，分析海上风电基础在波浪-结构耦合作用下的疲劳损伤。

极端环境适应性：针对深地、深海等极端环境，研究高温高压条件下的流固耦合行为，为资源开发提供技术支撑。

标准化与规范化

测试方法标准：制定流固耦合实验的标准化流程，包括试样制备、加载协议、数据采集等环节。

数值模拟指南：发布流固耦合数值模拟的最佳实践指南，统一边界条件处理、网格划分、收敛准则等关键参数。

能源工程中的流固耦合研究可以应用在哪些行业或产业领域

一、石油与天然气行业

油气开采与储运

钻井工程：钻井过程中，钻柱在泥浆流场中振动，可能引发疲劳断裂。流固耦合研究可优化钻柱设计，减少振动损伤。

油藏开发：高含水油藏中，多相渗流与岩石骨架变形的耦合作用影响采收率。通过模拟流体压力与岩石应力的动态变化，指导注水方案优化。

管道输送：长输管道内流体压力波动可能引发结构振动，导致管道疲劳破坏。流固耦合分析可评估管道稳定性，制定减振措施。

非常规油气开发

煤层气开采：煤体骨架应力变化导致孔隙结构改变，进而影响瓦斯流动。流固耦合模型可模拟“应力-渗流-变形”三场耦合机制，优化压裂设计。

页岩气开发：水力压裂过程中，裂缝扩展与流体压力的相互作用需通过流固耦合分析，以实现裂缝网络的高效构建。

二、可再生能源行业

风力发电

叶片设计：风力机叶片在气动载荷作用下产生大挠度变形，形成非定常气动载荷与非定常变形的双向耦合。流固耦合分析可优化叶片形状，降低疲劳损伤，提高发电效率。

海上风电基础：波浪、海流与海上风电基础结构的相互作用需通过流固耦合模拟，评估结构在极端环境下的稳定性。

水力发电

水轮机转轮：水流冲击导致转轮振动，可能引发裂纹或疲劳破坏。流固耦合研究可优化转轮设计，减少水力激振。

大坝安全：库水波动与大坝结构的相互作用需通过流固耦合分析，评估大坝在地震或洪水等极端条件下的安全性。

地热能开发

干热岩开发：高温条件下，井筒热应力与流体压力的耦合作用可能影响井筒完整性。流固耦合模型可模拟套管-水泥环胶结面应力场分布，指导井筒设计。

增强型地热系统（EGS）：水力压裂形成的裂缝网络与地热流体的流动需通过流固耦合分析，优化热能提取效率。

三、核能与火电行业

核电站安全

管道系统：核电站冷却剂管道在高压流体作用下可能发生振动，流固耦合分析可评估管道疲劳寿命，防止泄漏事故。

反应堆压力容器：流体压力与容器结构的相互作用需通过流固耦合模拟，确保容器在极端工况下的安全性。

燃煤发电

锅炉部件：高温烟气与锅炉受热面（如水冷壁、过热器）的耦合作用可能导致热应力集中，流固耦合分析可优化材料选择与结构设计。

掺烧技术：燃煤机组掺烧生物质、污泥等固废时，多相流与固体结构的相互作用需通过流固耦合研究，确保燃烧稳定性与设备安全。

四、碳捕集、利用与封存（CCUS）行业

CO₂地质封存

井筒完整性：CO₂注入过程中，流体压力变化可能引发水泥环失效或套管变形。流固耦合模型可模拟注采参数对井筒结构的影响，优化封存方案。

盖层密封性：CO₂在盖层中的扩散与盖层岩石变形的耦合作用需通过流固耦合分析，评估封存安全性。

CO₂利用

强化采油（EOR）：CO₂注入油藏后，与原油的混相过程及岩石变形的耦合作用需通过流固耦合研究，提高采收率。

五、氢能行业

氢能储运

高压储氢容器：氢气在高压下的流动与容器结构的相互作用需通过流固耦合分析，评估容器疲劳寿命与安全性。

管道输送：氢气在管道中的流动可能引发振动或腐蚀，流固耦合研究可优化管道材料与结构设计。

六、航空航天与船舶行业（能源相关延伸）

航空航天

火箭发动机：燃烧室内高温燃气与燃烧室壁面的耦合作用需通过流固耦合分析，优化材料选择与冷却设计。

飞行器翼面：高速气流与翼面结构的相互作用需通过流固耦合模拟，评估气动弹性稳定性。

船舶工程

液化天然气（LNG）船：LNG在储罐内的晃动与罐体结构的相互作用需通过流固耦合分析，防止液舱损坏。

船舶推进系统：螺旋桨在水流中的振动与轴系结构的耦合作用需通过流固耦合研究，优化推进效率。

七、新兴领域

海洋能开发

潮汐能装置：潮汐流与涡轮机结构的相互作用需通过流固耦合分析，优化设备设计。

波浪能转换器：波浪载荷与结构变形的耦合作用需通过流固耦合模拟，提高能量转换效率。

深地与深海能源开发

深地储能：地下储气库或压缩空气储能系统中，流体压力与岩体变形的耦合作用需通过流固耦合研究，确保长期稳定性。

深海矿产开采：深海采矿车在高压水流作用下的结构响应需通过流固耦合分析，优化设备耐久性。

能源工程中的流固耦合领域有哪些知名研究机构或企业品牌

一、知名研究机构

中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室（LMFS）

定位：作为力学所重点培育的实验室，LMFS以钱学森“工程科学”思想为指导，聚焦海洋工程、环境工程和交通工程等领域的流固耦合问题。

研究方向：涵盖流体与工程结构相互作用、流体与岩土体相互作用、环境流动与多过程耦合、油气水沙相互作用四个方向。

成果：在深海资源开发、灾害监测防治等领域取得突破，牵头运行先进轨道交通力学研究中心，并开发了系统配套的实验装置和数值模拟平台。

合作：2024年与哈尔滨工程大学船舶工程学院签订战略合作框架协议，推动产学研深度融合。

中科院力学所深部资源与环境力学团队

研究重点：针对超深层天然气藏开发，建立气水两相流固耦合数学模型，揭示渗流规律与应力场变化的相互作用。

成果：相关研究发表于流体力学权威期刊《Physics of Fluids》，为我国超深层天然气资源高效开发提供理论支撑。

二、知名企业品牌

ANSYS

定位：全球领先的工程模拟软件供应商，产品广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域。

技术优势：ANSYS Fluent与ANSYS Mechanical无缝集成，实现高精度双向流固耦合模拟，优化产品设计，提升性能。

应用案例：在风力机叶片设计、油气管道振动分析等场景中，帮助工程师预测系统行为，降低风险。

SIMULIA（达索系统）

定位：旗下旗舰产品Abaqus在全球工程模拟领域享有盛誉。

技术优势：Abaqus/CFD模块支持复杂流体现象模拟（如湍流、多相流），与Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit无缝集成，实现高精度流固耦合分析。

应用案例：在核电站压力容器安全评估、海上风电基础振动分析中发挥关键作用。

COMSOL

定位：全球知名的多物理场仿真软件品牌。

技术优势：模块化设计支持用户自由组合物理场模块（如CFD、结构力学），实现多场耦合分析。

应用案例：在干热岩开发中，模拟地热流体与井筒结构的相互作用，优化热能提取效率。

MSC Software

定位：全球领先的工程模拟软件供应商，产品覆盖航空航天、能源等领域。

技术优势：通过MSC Co-Simulation平台集成MSC Nastran（有限元分析）和MSC Cradle（计算流体力学），实现流体与结构双向数据传递。

应用案例：在燃煤机组掺烧生物质过程中，模拟多相流与固体结构的耦合作用，确保燃烧稳定性。

Altair

定位：全球知名的工程模拟软件供应商，产品广泛应用于能源、交通等领域。

技术优势：Altair HyperWorks平台集成AcuSolve（CFD）和OptiStruct（结构分析），支持复杂流体现象模拟与结构优化。

应用案例：在氢能储运中，模拟高压氢气与储罐结构的相互作用，评估疲劳寿命与安全性。

西安流固软件科技有限公司

定位：国产高端工业仿真软件研发企业，聚焦流动、传热、结构强度等多物理场耦合技术。

技术优势：产品广泛应用于航空、航天、能源动力等领域，已获批成立西安市工业软件工程技术中心等创新平台。

应用案例：在深海采矿车设计中，模拟高压水流与结构变形的耦合作用，优化设备耐久性。

能源工程中的流固耦合领域有哪些招聘岗位或就业机会

一、技术研发与工程应用岗位

有限元仿真工程师（流固耦合）

职责：负责产品开发及工程问题中的流固耦合力学分析，提供仿真技术支持，优化设计方案并撰写报告。

技能要求：掌握流固仿真知识，熟练使用AQWA、SWAN、Ansys、Abaqus等有限元软件，以及Solidworks、UG、PRO-E等CAD建模工具。

典型企业：能源设备制造商、工业软件公司。

热能动力工程师

职责：在火电厂、核电厂等场景中，优化热能系统设计，解决流体与结构相互作用问题。

技能要求：能源与动力工程、热力学相关专业背景，熟悉热力系统仿真与优化。

典型企业：国家能源集团、五大发电集团。

新能源工程师

职责：参与风能、太阳能等新能源项目的流体仿真与系统优化，提升能源转换效率。

技能要求：新能源科学与工程、流体力学相关专业，掌握CFD仿真工具。

典型企业：风电设备制造商、光伏企业。

二、仿真分析与软件开发岗位

多物理场耦合仿真工程师

职责：进行热-流-固多场耦合仿真，开发求解器算法，验证模型准确性。

技能要求：力学基础扎实，熟悉有限元方法，掌握Fortran或C++编程，具备多物理场耦合分析经验。

典型企业：仿真软件公司（如Ansys、COMSOL）、科研院所。

CAE工业软件算法工程师

职责：开发计算流体力学（CFD）、高性能计算（HPC）算法，优化仿真效率。

技能要求：流体力学、计算机科学相关专业，精通并行计算与数值方法。

典型企业：工业软件开发商、航空航天企业。

三、能源系统设计与项目管理岗位

能源系统设计师

职责：设计太阳能、风能等新能源系统，优化流体输送与能量转换路径。

技能要求：能源工程、流体力学背景，熟悉系统仿真与经济性分析。

典型企业：新能源集成商、设计院。

项目经理（能源工程）

职责：管理流固耦合相关项目，协调技术团队与客户需求，确保项目按时交付。

技能要求：能源工程或项目管理背景，具备跨学科协调能力。

典型企业：能源工程公司、咨询机构。

四、特定行业岗位

海上风电基础工程师

职责：分析波浪、海流与海上风电基础的流固耦合作用，优化结构设计。

技能要求：海洋工程、流体力学背景，熟悉海上风电规范。

典型企业：海上风电开发商、海洋工程公司。

油气管道振动分析师

职责：评估长输管道内流体压力波动引发的结构振动，制定减振措施。

技能要求：石油工程、流固耦合背景，熟悉管道动力学分析。

典型企业：油气公司、管道工程公司。

五、科研与教育岗位

科研院所研究员

职责：开展流固耦合前沿研究，如超深层天然气藏开发、新能源材料力学性能等。

技能要求：博士学历，流固耦合、材料科学相关专业，具备独立研究能力。

典型机构：中科院力学所、高校能源学院。

高校教师（能源与动力工程）

职责：教授流固耦合理论、能源系统优化等课程，指导研究生开展相关研究。

技能要求：博士学历，能源工程或力学背景，具备教学与科研经验。

典型机构：理工类高校。