①课题来源与背景: 超高速研磨过程中形成复杂的多相流场对加工表面进行随机等概率的撞击，使工件表面层发生弹塑性变形，达到对加工表面的研磨和强化的效果。在涡旋、流场拐角、流体路径阶跃突变以及表面应力集中区域，容易产生激波破坏现象。其所具有的微观复杂性，运动连续性以及拓扑空间阵列性对于宏观研磨流场的整体物理特性与加工机理具有极其重要的影响。这对于保持研磨表面的精度、粗糙度、加工过程稳定性与工件性能可靠性，都将产生明显的负面影响。但是通常采用传感方法由于其尺寸、灵敏度以及对磨削微观流场所具有的破坏性等限制注定了其无法应用于研磨微尺度湍流建模及动态分析。因此如何实现微湍流监测及激波分析有待研究。

   ②研究目的与意义: 着重对于高速研磨流场进行数据采集及信息统计分析，并得出量化结论。以封闭空间中超高速研磨微尺度湍流流场为研究对象，研究微尺度湍流运动规律、影响机制和加工表面边界层激波破坏规律特性，揭示湍流产生条件、多相磨削流体介质物理属性以及边界层激波等多因素之间的定量关系。与常规流场分析相比，封闭空间内的高速多相研磨微湍流机理及边界层激波破坏规律更为复杂、建模与仿真分析难度更高。本项目为研磨性能提升奠定研究基础，具有重要的理论意义和工程应用价值。

   ③主要论点与论据:

   (1) 高速微湍流轨迹图像跟踪及流场数学建模与求解。 对超高速研磨中所产生的微尺度湍流进行了轨迹曲线的特征识别及数学建模，以此为基础采用了能量优化建模与拓扑搜索方法实现微湍流空间路径轨迹的数学模型表述。
   (2)超高速研磨多相复杂流场性能影响因素的模糊灰色评价分析与量化比较。 建立了模糊灰色分析函数等多种影响因素对微湍流动能、临界条件、流场扰动系数及通流效率等性能指标的影响，进行了参数数据的模糊灰色关联度建模及比较量化分析；对不同临界雷诺数条件下探讨了研磨表面边界层激波发生函数、细微形貌组织、流场拉伸网格特征的变化规律。
   (3) 多相研磨湍流动态仿真与加工表面形貌影响机制评价。在不同加工表面形貌状态下建立了微湍流研磨力学方程；研究了湍流概率区域分布；运用能量耗散理论，建立流场稳定性和湍流突变过程的数学模型。研究了多相研磨配方在微湍流应力周期过程中所产生的机械动力学效应。
   (4) 建立基于多相复杂流场建模的边界层激波发生及破坏规律研究模型。研究了在超高速研磨流体边界层剪切流动作用下边界层激波形成机理与分布规律，分析了边界层激波破坏效应对加工表面形貌机械性能的影响。求出研磨质点的动态运动刚度与边界层扰动条件、边壁弹性材料力学与几何参数等之间的量化关系，提出了其理论依据与建议。

   ④创见与创新：
   (1) 微湍流检测方案创新：通过显微成像技术对研磨颗粒运动过程进行图像记录，结合匹配搜索及图像空间方程坐标变换获得微湍流特征点空间移动坐标轨迹。最大程度避免了由于安装传感装置所造成的对流场的破坏和干扰，是一种关于微湍流特征信号采集的新方案。
   (2) 流场建模与分析方法创新：采用光流矢量计算对流场特征点周边变化趋势进行准确量化，按照特征点定位—边界控制曲线拟合—空间模型构建的顺序直观反映微湍流空间特征；列举流场参数构建模糊灰色评价数学模型，计算灰色关联度实现各指标间影响关系函数的量化。这是本课题组为解决微湍流研究所存在不足而创建的新理论与新方法，在该领域仍未见相关报道。
   (3) 研究内容创新：研究多相研磨微湍流对表面形貌组织的弹塑性变形影响和其边界层激波破坏规律，建立边界层激波突变集的机械动力学效应模型。通过合理优化流场参数、改变多相磨削流体配比，达到改善流场物理特性和提高微湍流研磨加工效率的目的；结合计算流体动力学与能量方程等方法对多相微湍流耦合流场进行数值模拟与机理分析，为揭示激波产生原因及破坏过程、找出微湍流应力效率与激波规律、加工表面物理属性及研磨效应等因素之间的量化关系提供了计算依据。
   (4) 知识集成创新：该项目属流体计算力学、显微光学成像、计算机流场建模以及精密仿真等方法相交叉的新领域，涉及到新理论、新方法的研究以及机械、数学、力学、计算机学等多种学科，属多学科交叉研究。另外拟采用机理研究与产业化研究同时进行的新模式，为超高速研磨工况设计及状态监测提供科学而有效的评价手段，建立微湍流应力及激波研究体系。

   ⑤成果简介：系统研究了研磨湍流特性检测和边界层湍流激波复杂规律，通过构建微尺度湍流空间运动轨迹，结合模糊灰色评价系统探讨其湍流应力及边界层湍流激波破坏作用，量化评价并实验验证了所提出的激波应力特性及破坏机理模型的有效性和精准性，为未来在该领域内的进一步深入研究提供了重要的理论基础及前期数据支撑。基于该项目研究在国际SCI/EI权威期刊以第一作者(通讯作者)发表学术论文21篇，申请及获授权专利专著24项，取得了较为优异的研究成果和工作业绩。