近壁圆柱绕流尾流的特性＊

李姜华，王伯福†，邱翔，周全††，刘宇陆

①上海大学 力学与工程科学学院/上海市应用数学和力学研究所，上海 200072；②上海应用技术大学 理学院，上海 201400

近壁圆柱绕流运动普遍存在于许多工程领域中。在河床底部和海底附近的输油管道或光缆等受横流作用会产生大尺度涡脱落，从而产生冲刷河床底部的现象；飞机着陆和起飞阶段的尾涡与地面跑道相互作用会影响飞机的升力和阻力；涡轮机械中上游转子叶片尾迹对下游定子叶片流场产生影响；航空工程中大型客机机翼前缘缝翼与主翼相互影响；海洋工程中近海底潜艇在洋流作用下与底壁相互作用会留下被监测的痕迹：这些实际工程问题都可以简化成近壁面圆柱绕流的物理模型[1-4]。当圆柱靠近壁面时，圆柱尾流与壁面边界层会产生复杂的相互作用，研究其相互作用的复杂机理对实际工业和工程应用中进行管道形状优化、机翼或叶片设计以提高传热传质效率和减小壁面摩擦阻力等具有重要意义。

单圆柱绕流是一个经典的流体力学问题[5-10]。圆柱放置在远离壁面的位置，即不受壁面影响时，其尾流卡门涡街呈周期性的旋转涡对，在向下游演化的过程中逐渐衰减、耗散并最终湮灭。当圆柱放置在壁面附近时，由于壁面边界的存在，圆柱绕流尾流涡结构脱落的周期性和规律性将受到破坏，这将区别于单圆柱绕流的尾流特性。图1为近壁圆柱绕流示意图[11]，其中圆柱直径记为D，圆柱下沿至壁面的距离(即间隙大小)为G，边界层厚度为δ，来流速度为U。……