粗糙壁面振动问题自然界与工程应用中十分常见。壁面粗糙单元可能由结冰、积垢、腐蚀等因素引起，而壁面振动可能由多种因素引起，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等。了解掌握粗糙振动壁面上的边界层转捩的规律具有重要的学术价值。但迄今为止，学界对壁面振动与粗糙单元耦合作用下的边界层转捩失稳机理还缺乏清楚的认识。

针对壁面振动对粗糙单元诱导转捩的影响机制问题，本团队与北京理工大学毛雪瑞教授团队联合指导博士生黄文林开展研究工作，研究成果“Transition induced by wall-normal vibration in flow around a flat plate with roughness”发表于流体力学顶级期刊Journal of Fluid Mechanics (简称JFM)。本论文采用直接数值模拟方法与Floquet稳定性分析方法，研究了壁面振动对粗糙单元诱导转捩的临界失稳雷诺数的影响，揭示了壁面振动与粗糙单元耦合作用下边界层流动中存在两种不稳定机制：尾迹模式以及速度条带模式。在尾迹不稳定机制中壁面振动在边界层流动中引入展向扰动涡，展向扰动涡与流向涡对共同激发粗糙单元尾迹法向剪切层的不稳定性从而产生一系列发卡涡。速度条带不稳定发生在粗糙单元尾迹区下游两侧的低速条带结构中，以尾迹不稳定机制产生的发卡涡为扰动来源，失稳机制与低速条带的sinuous型二次不稳定性相关。此项研究为丰富了对粗糙振动壁面上边界层流动转捩现象的认识。成果为今后进一步研究低雷诺数条件下压气机叶片表面边界层流动转捩问题提供参考依据，指导设计以粗糙单元作为被动流动控制手段的边界层转捩流动控制方案。

粗糙单元诱导边界层转捩的旋涡结构（上：静止，下：振动）

Floquet稳定性分析得到的不稳定模态（上：尾迹模式不稳定性，下：条带模式不稳定性）

本论文研究工作受到国家自然科学基金（52176044、92152109）、陕西省重点研发项目（2018KW-017）、以及欧盟Horizon 2020玛丽居里项目的资助（777717）。