2020年12月29日，研究团队与英国诺丁汉大学Xuerui Mao团队合作研究成果“Bypass Transition in Flow Over a Vibrating Flat Plate”发表于流体力学顶级期刊Journal of Fluid Mechanics (简称JFM)。论文工作研究了壁面法向振动对平板边界层旁通转捩的影响，采用高精度的直接数值模拟方法与最优边界扰动计算方法揭示了壁面振动对来流扰动的分布与不稳定性发展的影响机理。论文第1作者为研究团队博士生黄文林，通讯作者为王志恒。

边界层条纹结构与涡核分布（上：静止，下：振动）

边界层的转捩是流体力学领域的研究热点问题，也是基础性问题，厘清边界层转捩的规律在理论研究与工程运用中都具有重要价值。研究者们在研究边界层转捩现象时发现壁面的展向振动所产生的Stokes剪切层能够增加边界层对高频外部扰动的屏蔽作用并改变剪切力的方向，从而使得进入边界层内的扰动能量显著降低、延迟边界层转捩发生。相比于展向振动，自然界与工程应用中壁面的法向振动更为常见，如巡航过程中飞机遇到湍流产生的上下颠簸与机翼振动，压气机叶片在进气畸变或叶顶间隙泄漏流冲击下的振动。迄今为止，法向壁面振动对扰动与边界层条纹结构的发展以及最后条纹结构失稳边界层转捩的影响还缺乏清楚的认识。

非定常扰动引起的边界层条纹结构（上：静止，下：振动）

针对上述问题，本团队和诺丁汉大学Xuerui Mao副教授团队在欧盟Horizon 2020研究创新项目和陕西省重点研发计划项目的支持下，开展合作研究，采用直接数值模拟方法与最优边界扰动计算方法，分析了在壁面振动与静止状态下能量放大率最大的扰动的分布形式，获取了扰动与边界层条纹结构的发展过程，发现壁面的法向振动具有打断边界层内扰动线性放大机制、阻滞边界层条纹结构二次不稳定性发生、进而使高频扰动诱发边界层转捩的作用。研究揭示了壁面振动对边界层屏蔽效应的影响，阐释了频率与振动频率相同的共振扰动的放大机制。

共振扰动引起的条纹结构的发展

该项研究提供了削弱边界层扰动发展、推迟转捩发生的新思路，丰富了对壁面振动情况下边界层转捩问题的认知。研究成果为边界层转捩的流动控制方案提供了指导，为进一步研究实际运行条件下机翼及压气机叶片表面的转捩问题提供了基础。

论文链接：

Huang, W., Xiao, D., Ren, J., Wang, Z., Xi, G., & Mao, X. (2021). Bypass transition in flow over a vibrating flat plate. Journal of Fluid Mechanics, 909, A15. doi:10.1017/jfm.2020.923