本项目属于流体力学学科领域。湍流是流体运动的普遍形态，而浮力驱动湍流是典型的基本湍流类型。它是地球、行星与恒星中多数大尺度流动现象的本源，它控制着大气、海洋及地幔中的物质和能量输运。本项目深入研究了浮力驱动湍流的核心问题——湍流结构与输运机理，获得了系列原创性的研究成果，获得了对湍流机理的新认识和新理解。1、提出边界层动态重构法，揭示湍流结构对输运的影响1908年提出的普朗特-布拉修斯(PB)理论是流体力学中最经典的边界层模型，但该模型不适用于热湍流中动态的速度和温度强耦合边界层。本项目提出了边界层的动态重构法，将静态的PB理论推广到了动态形式，从而实现了热湍流边界层的定量刻画，为热湍流理论模型的建立提供了关键基础。此外，该成果还揭示了几何约束及大尺度湍流结构对系统整体传热效率的影响规律。德国科学院院士、Max·Planck奖得主Grossmann教授认为该成果“确认了PB理论的确适合于描述热对流边界层动力学”；JFM副主编Verzicco教授评价“边界层理论更好地符合用动态重构法获得的结果”；美国工程院外籍院士、国际理论与应用力学会Batchelor奖得主Lohse教授用与本项目的数据相一致的结果来验证他们计算方法的可靠性。支撑该发现点的代表作是1、3、5。2、实验证明了湍流时空关联的“EA模型”时空关联反映了湍流结构时间和空间尺度耦合的统计特性。它的“EA模型”是湍流领域的里程碑，但是，其尚未得到实验证明。本项目以Rayleigh-Bénard湍流热对流为模型系统，首次实验证明了湍流“EA模型”的正确性，揭示了热湍流时空关联的基本规律。中国科学院院士何国威教授认为该成果“在湍流热对流中首次系统实验证明了湍流EA模型”。支撑该发现点的是代表作2。3、揭示浮力湍流结构的尺度演化规律湍流结构主控着湍流的输运和动力学过程，理解湍流结构在系统能量级串过程中所起的作用是认识浮力驱动湍流物理机制的关键。本项目提出了浮力驱动湍流的局部耗散尺度理论模型，揭示了湍流结构在耗散尺度附近满足的普适性统计规律；阐明了浮力和惯性力间的尺度平衡关系，定量地给出了浮力驱动下能量级串的物理图像。美国工程院院士Law教授将该成果作为Rayleigh-Taylor湍流的代表性成果进行了引用；加拿大工程院院士Pollard教授认为该成果“验证了不同类型流动的小尺度脉动的普适性特征”。支撑该发现点的代表作是4、6、7、8。代表作8获选流体力学领域顶级期刊PoF封面文章。完成国家基金委优秀青年科学基金项目(优青)一项、重点项目一项，获批国家杰出青年科学基金项目(杰青)一项。