纵掠平板速度和温度边界层湍流转捩区的积分方法

赵 波， 刘 建， 李开勇

(四川大学机械工程学院 空天动力燃烧与冷却教育部工程研究中心， 成都 610065)

1 引 言

边界层由简单稳定状态的层流向具有强烈非线性现象、多尺度效应的湍流过渡区域称为转捩区. 长期以来，边界层转捩一直是流体力学中最重要的前沿问题和难点之一[1-4]. 边界层转捩伴随着壁面摩擦和传热特性的急剧变化，减小飞行器表面摩擦阻力和热流、燃气涡轮发动机叶片冷却和燃烧时燃料掺混效率等问题均与转捩特性密切相关[5-6]；转捩对揭示湍流真正形成机理也具有重要价值[7]. Reynolds最早通过圆管实验发现有层流和湍流两种不同流态，这被视为研究边界层转捩问题的肇始. Emmons[8]发现转捩区间歇出现的湍斑，它们沿流动方向不断变大增多，最终在完全湍流区布满，这表明边界层转捩区以间歇出现的湍斑为主要特征. 为此，Dhawan和Narasimha[9]提出间歇因子的概念以描述转捩区湍斑的分布特征：间歇因子为0时流动为层流，为1时则代表完全湍流，他们以间歇因子为加权系数, 可将任意位置的流场视为层流与湍流的线性组合[10]，这种叠加思想能较好地预测零压和顺压梯度的转捩过程[4]，但并未考虑层流与湍流间的相互作用. 针对这个不足，Libby[11]采用条件平均法，通过建立含间歇因子的输运方程加以解决. 张若凌等[12]采用热力学平衡系统连续相变方法，类比研究了管内转捩区的流动和振荡特性，视转捩流动为层流和湍流的线性组合，所提出的……