高中/大學物理專業力學科研課題匯總

本周課題導視

物理力學方向

1►《工程物理核心：流體(ti) 物理學基礎研究【高中組】》

項目背景

流體(ti) 力學是一門基礎性很強和應用性廣泛的學科，是解決(jue) 全球變暖、淡水供應和新能源問題的幕後功臣，也是機械工程、化學工程、土木工程、生物工程、環境工程、航空航天工程、海洋工程、石油工程、能源工程等工程類專(zhuan) 業(ye) 和數值模擬計算機科學專(zhuan) 業(ye) 的核心研究對象，已被各國政府列入可持續發展白皮書(shu) 。

中國國家自然科學基金針對流體(ti) 力學領域最新研究進展和發展方向，促進該領域發展的途徑或措施、優(you) 先資助領域和研究方向、學科新的分類和學科代碼等進行深入的交流和研討。可以說，流體(ti) 力學具有多樣的研究方向和廣闊的就業(ye) 前景。

了解流體(ti) 力學領域發展前沿和動態，具有獨立開展科學研究工作能力的高層次專(zhuan) 門人才，在政府、建築開發、施工、設計、科研單位、管理等部門都可以找到極佳的就業(ye) 機會(hui) 。

個(ge) 性化研究課題參考：

● 磁場作用下電滲流的流動及傳(chuan) 熱研究

● 人體(ti) 動脈的計算流體(ti) 力學模擬與(yu) 分析

● 管線型高剪切混合器流體(ti) 力學與(yu) 返混特性

● 柔性葉片潮流能水輪機水動力學性能研究

2►《工程物理核心：流體(ti) 力學的數值分析綜合研究【大學組】》

項目背景

本項目將采用流體(ti) 動力學通用的積分和微分方程討論流體(ti) 動力學中的經典問題。而後項目將逐步深入並著重於(yu) 在可壓縮及不可壓縮情況，時間無關(guan) 問題方程的分別對應的數值解。

學生將在導師的指導下以科學的方法記錄並且分析研究結果，在項目結束時提交項目報告，進行成果展示。

個(ge) 性化研究課題參考：

● 微通道中高分子溶液流變特性與(yu) 橫向遷移行為(wei) 研究

● 微納尺度單相液體(ti) 流動機理研究

● 氣固流化床內(nei) 兩(liang) 相流動特性的數值模擬及結構優(you) 化設計

● 流體(ti) 力學補償(chang) 標準伽遼金有限元及其在建築風場中的應用

3►《物理學課題：力學原理與(yu) 天體(ti) 物理綜合研究》

項目背景

康德曾說過，宇宙間有兩(liang) 樣東(dong) 西，你越思考它，它在你心中湧出來敬畏和偉(wei) 大就越加強烈，那就是：頭頂的星空和我們(men) 內(nei) 心的道德律。

浩瀚無垠的宇宙自古以來就是最令人類產(chan) 生無限遐思的地方，也是富有詩意和哲理的地方。勞倫(lun) 斯·M·克勞斯曾說過，你身體(ti) 裏的每一個(ge) 原子都來自一顆爆炸了的恒星，形成你左手的原子，可能與(yu) 右手的來自不同的恒星；你的一切都是星辰。

眾(zhong) 所周知，星係的恒星都在繞著星係中心公轉，恒星距離星係中心的位置不同的話，它的公轉速度也大不相同。從(cong) 圍繞恒星移動的行星到圍繞行星移動的衛星和相互環繞軌道上的黑洞，在宇宙中隨處可見軌道運動的例子。

本課程將解釋如何利用軌道計算推測星球軌道原理、人造衛星軌道周期、月球軌道等，如何利用天文觀測來推斷遙遠恒星周圍行星的存在，帶領學生探究宇宙的奧秘。

個(ge) 性化研究課題參考 

● 木星探測器軌道計算中的動力學研究

● 係外行星研究：尋找另一個(ge) 地球

● 天體(ti) 測量法探測係外行星

4► 《量子計算專(zhuan) 題：解密未來計算機 量子力學規律及其在加速算法運行及密碼破譯中的應用》

項目背景

現代計算機在過去的幾十年內(nei) 幫助人類解決(jue) 了許多問題，大幅度解放了勞動力。但是，仍有一些問題是現代計算機無法處理的。

而量子計算的目標就是克服普通計算機的瓶頸，解決(jue) 更多更複雜的問題。在大數據時代，經典計算機算法的發展舉(ju) 步維艱，即使擁有強大的硬件也無法有效解決(jue) 很多問題；而量子計算機借助量子狀態、量子糾纏等屬性可快速處理近乎無限多的變量。

包括Google和NASA在內(nei) 的眾(zhong) 多國內(nei) 外企業(ye) 與(yu) 科研機構都在量子計算領域投入了大量科研資金，並於(yu) 近些年取得了初步成果。在不久的將來，隨著量子計算機投入量產(chan) ，其必然會(hui) 在網絡安全、互聯網搜索和人工智能中擔任舉(ju) 足輕重的角色，並深刻改變現代製造業(ye) 、服務業(ye) 的各個(ge) 領域。

個(ge) 性化研究課題參考：

● 量子力學基礎知識

● 量子計算的數學模型

● 量子計算物理係統和量子容錯機製

● 概率性量子算法案例探究

● 利用Simon算法將指數複雜的問題在線性複雜度時間內(nei) 解決(jue)

● 使用量子退火算法進行高效質因數分解 

● 利用Grover搜索算法尋找黑箱函數的輸出 

● 量子密碼學基礎（破解RSA加密算法）

5►《機械工程核心課題：車輛與(yu) 飛機空氣動力學數值分析探究》

項目背景

超臨(lin) 界翼型於(yu) 1967年由NASA蘭(lan) 利研究中心的惠特科姆博士提出，它是一種適用於(yu) 高亞(ya) 聲速飛機的中等厚度翼型，它同時具備優(you) 異的高速特性和良好的低速特性。

與(yu) 高速普通翼型相比，超臨(lin) 界翼型能夠把阻力發散馬赫數提高大約0.05-0.12，或者把翼型的最大相對厚度提高2%-5%。隨後流體(ti) 力學在機械工程、化學工程、土木工程、生物工程、環境工程、航空航天工程、海洋工程、石油工程、能源工程領域中的應用受到了人們(men) 的廣泛關(guan) 注，也成為(wei) 了解決(jue) 全球變暖、淡水供應和新能源問題的幕後功臣，被各國政府列入可持續發展白皮書(shu) 。

近年來，特別是由於(yu) 流體(ti) 力學和數理分析的融合，流體(ti) 工程得到了快速地發展，在汽車製造領域，借助流體(ti) 力學可以優(you) 化車身的設計，降低車身的空氣阻力，提高燃油的經濟性，在航空航天領域，指導機翼的設計等。

個(ge) 性化研究課題參考：

● 航天飛機跨聲速機翼繞流氣動特性分析

● 流體(ti) 力學指引下的汽車空氣阻力探究及車型設計原理

● 氣固流化床內(nei) 兩(liang) 相流動特性的數值模擬及結構優(you) 化設計

● 流體(ti) 力學補償(chang) 標準伽遼金有限元及其在建築風場中的應用

6►《機械工程綜合課題：熱機與(yu) 熱力學研究》

項目背景

1860年，比利時工程師艾蒂安·勒努瓦以蒸汽機為(wei) 藍本製成世界上第一台實用內(nei) 燃機，並且實現量產(chan) 。雖然這台內(nei) 燃機效率僅(jin) 有2%-3%，卻宣告了第一次工業(ye) 革命蒸汽時代結束。

時至今日，熱力學已經成為(wei) 現代能源產(chan) 業(ye) 基石，更是機械工程核心研究領域。學習(xi) 與(yu) 發展內(nei) 燃機技術，有助於(yu) 實現可持續發展目標，確保所有人取得可負擔、可靠、永續、現代的能源，應對氣候變遷及其深層影響。項目將聚焦機械工程熱力學核心研究領域。

個(ge) 性化研究課題參考：

● 家用燃氣熱水器水循環特性分析及在線監測

● 超臨(lin) 界二氧化碳布雷頓循環係統動態特性研究

● 不同熱機循環下碟式太陽能熱發電係統熱力學分析