利用轴对称行波壁减阻(英文)

将已有的无限长行波壁无粘周期分离流的二维解析理论推广到轴对称流,作为研究用柔壁行波主动控制实施减阻的基础.物理上看,在一个特定的临界行波速下会形成自发的周期性分离再附流,每个波谷的分离区捕获一个稳定的涡环.此涡环列形成“流体滚动轴承”,把近壁流和主流隔开,使前者只有周期性弱剪切.这时,柱体的压阻和摩阻均将趋于零.本文建立了双列交错涡环的理论模型来模拟这个物理图景,证实上述临界波速惟一地存在,并用理论选择行波壁的波形并决定临界波速.发现:在同样波幅下,随柱体半径趋向无限大,临界波速的渐进值并不等于相应的二维值.

边界层控制:从微扰到改造

在大雷诺数下,边界层是把双刃剑。为了保持并增强它的有利效应(如附着边界层提供的升力),并抑制它的有害效应(如摩阻、失稳和转捩成湍流、分离导致的失速和非定常旋涡流动、噪声、气动加热等),一百多年来,边界层控制一直是流动控制研究的首要任务。21世纪以来,在高性能生物流动的启发下,人们开始对边界层本身的改造,使之变成外部势流和固壁之间的低剪切隔离层,从而回归能达到极高升阻比的无旋绕流,即逼近Lighthill提出的所谓“d’Alembert定理”(而不是d’Alembert佯谬)这个战略目标。本文阐述控制和改造的物理基础,介绍了在第一阶段用微激振控制边界层分离与分离流的案例,以及在第二阶段用柔壁行波和超疏水微结构把边界层改造成低剪切隔离层的进展。同时解释了不失速的高升力产生机制。