团队博士生凌伟豪一作的论文在Journal of Fluid Mechanics发表
- 发布时间：
- 2025-09-10
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- 团队博士生凌伟豪一作的论文在Journal of Fluid Mechanics发表
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近日，研究团队博士生凌伟豪作为一作的研究成果“Laminar-turbulent transition with pressure gradient: influences of effective slope and skewness of rough surface”发表于流体力学研究领域著名期刊Journal of Fluid Mechanics (简称JFM)。论文工作研究了三维不规则粗糙面对具有顺压-逆压梯度段的平板边界层转捩的影响，采用高精度的直接数值模拟方法揭示了粗糙面的有效斜率和偏度对转捩流动特性的影响机理。
图1 不同粗糙面的三维瞬态涡结构
层流到湍流的转捩会通过流阻、热阻等方面对流动控制、传热传质等领域产生重要影响，其一直是前沿科学课题以及重大工程项目的关键基础问题。压气机作为工程中常用的流体机械之一，其叶片边界层中不仅会产生沿流向的顺压-逆压梯度，还会由于侵蚀、沉积等原因变得粗糙，这两者均是影响转捩的关键因素。表现为三维不规则形状的实际叶片粗糙度会比规则粗糙元复杂得多，不仅在不同工况下会产生不同的粗糙度，描述其形貌的参数至今也没能达到统一。目前亟需阐明作为最主要的粗糙面形貌参数之二——有效斜率和偏度对变压力梯度边界层转捩的影响机理。
图2 考虑下扫遮蔽效应及同时考虑上抛效应示意图
针对上述问题，采用直接数值模拟方法，主要阐明了粗糙面的不同偏度和有效斜率在顺压-逆压梯度段中是如何影响粗糙面上的阻力特性、二次流型、色散量以及下游转捩区的瞬态特性、“平均流到脉动流”的能量传递、相干结构的时空尺度与特征模态的。本文在原本只考虑向下扫掠部分的遮蔽角公式的基础上，新增了对向上喷射部分的考虑，通过高度分布相邻极大值点间的空间平均壁法向速度来选择最终的遮蔽角计算公式。新公式相比旧公式在整个粗糙面上预测遮蔽区域的准确度更高。
该项研究丰富了对粗糙面的不同统计特性在具有压力梯度的流道中是如何影响当地阻力特性及下游的转捩流动特性的认知。研究成果有助于洞悉实际压气机叶栅中的流动并进一步在理论框架中指导如何减小损失、降低能耗、提升经济效益。
论文得到国家自然科学基金项目（编号：52176044）的资助。
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