边界层中Bypass转捩机理的研究

Bypass转捩是工程中常见的现象，但目前对其内在机理的理解还不够深入。目前已有的研究，都局限于寻找能较快增长的扰动，而缺乏对扰动如何导致breakdown的机理研究。本项目拟根据我们过去对自然转捩中的breakdown过程机理研究结果，将二者结合起来，以求对Bypass转捩的本质有更全面的理解。将从已有的研究结果中选择各种被认为可能导致Bypass转捩的扰动出发，研究其对平均流剖面的修正及被修正后的剖面的稳定性特征。如有能使更多的扰动被较快放大的稳定性特征，则在引入适当的其它扰动后，通过DNS方法，考察是否能进入转捩的breakdown过程，以确认Bypass 转捩的机理。

本项目的研究目标是总结bypass转捩的根本机理，并提出描述bypass转捩的合理模型。bypass转捩的全过程可描述为：条带在自由流大幅值扰动下被激发；条带在边界层中非线性演化；条带的二次失稳；条带的breakdown。本项目通过一个“正反馈”机制，描述了bypass转捩breakdown的内在机理：平均流剖面在有限幅值的扰动下变得更加不稳定，这使得更多频率、波数范围的不稳定波以更快的增长率被放大；而放大了的扰动会再次修正平均流，使得其更加不稳定。这一“正反馈”机制决定breakdown过程得以迅速完成。.本项目的研究计划均已完成，并发现了两个有待深入研究的新问题：(1) 条带在局部被自由流涡扰动激发的机制，(2) 高超声速由大粗糙元诱导的强制转捩。这两个问题可以使bypass转捩的理论描述更加完整，将在今后研究的工作中展开。.在本项目的资助下，发表SCI论文2篇（其中一篇为流体力学顶级杂志Journal of Fluid Mechanics），EI论文1篇。研究工作曾获得《气体物理》杂志青年社优秀论文奖、《第六届国际非线性力学会议》湍流分会场的最佳报告奖以及《第八届全国流体力学会议》湍流与流动稳定性专题的优秀论文奖。