層流向湍流的轉(zhuǎn)捩

5影響轉(zhuǎn)捩的因素影響轉(zhuǎn)捩位置以及轉(zhuǎn)捩過(guò)程的因素較為復(fù)雜，有壓強(qiáng)梯度、自由流的湍流度、物體表面的粗糙度、可壓縮性以及流體與物面的熱交換等。壓力梯度的影響壓力梯度由于影響速度剖面而影響臨界雷諾數(shù)順壓力梯度使速度剖面飽滿，流動(dòng)穩(wěn)定；逆壓力梯度使速度剖面出現(xiàn)拐點(diǎn)，流動(dòng)不穩(wěn)定。注：在逆壓力梯度時(shí)，常常由于分離的層流速度的分布極不穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)形成分離泡，在分離點(diǎn)是層流，而再附點(diǎn)是湍流，看不到三維波動(dòng)和湍流斑。層流翼型：通過(guò)控制壓力梯度以控制轉(zhuǎn)捩壓力梯度對(duì)轉(zhuǎn)捩過(guò)程也有著顯著的影響平均壓力梯度對(duì)從臨界雷諾數(shù)到轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)的成長(zhǎng)過(guò)程的影響平均壓力梯度的定義（>0,加速流；<0，減速流）自由流湍流度（turbulenceintensity）和噪聲的影響自由來(lái)流湍流度對(duì)流動(dòng)的轉(zhuǎn)捩也有著顯著影響。當(dāng)來(lái)流湍流強(qiáng)度較大時(shí)，層流的轉(zhuǎn)捩過(guò)程中可以不出現(xiàn)T－S波而直接過(guò)渡到湍流，出現(xiàn)所謂的“短路現(xiàn)象”

例：在低湍流度風(fēng)洞進(jìn)行的平板邊界層試驗(yàn)表明，在T<0.08％時(shí)，湍流度對(duì)邊界層的轉(zhuǎn)捩不會(huì)產(chǎn)生影響，而當(dāng)T＝3％時(shí)，轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)由2.8×106下降到105。相對(duì)湍流度：范德列斯特VanDriest－布魯默Blumer公式（1968）上式中對(duì)于平板邊界層只考慮的影響聯(lián)系實(shí)際1：利用自由來(lái)流湍流度對(duì)轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)的影響關(guān)系，可測(cè)定風(fēng)洞中氣流的湍流度。

將一個(gè)光滑的球，放在風(fēng)洞的試驗(yàn)段內(nèi)，氣流速度逐漸增大，當(dāng)大到一定的時(shí)候，阻力突然下降，這時(shí)的雷諾數(shù)為轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)。自由來(lái)流湍流度趨于零時(shí)試驗(yàn)所得到的轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)為385000。試驗(yàn)風(fēng)洞的湍流度因子定義為385000與實(shí)際測(cè)量的轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)之比。缺點(diǎn)：圓球的制造形狀稍有偏差，影響轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)測(cè)量的只是轉(zhuǎn)捩時(shí)所對(duì)應(yīng)的風(fēng)速時(shí)的湍流度在近代低速風(fēng)洞中，由于設(shè)計(jì)上的完善，相對(duì)湍流度可以降低當(dāng)10－4量級(jí)，即萬(wàn)分之一左右。此時(shí)，風(fēng)洞的背景噪聲將可能成為引起過(guò)渡的重要因素。在高亞聲速風(fēng)洞中噪聲可能控制流動(dòng)的轉(zhuǎn)捩。在超聲速風(fēng)洞中，馬赫波的脈動(dòng)則是最重要的擾動(dòng)源。目前，聲波也被用來(lái)作為人工控制流動(dòng)轉(zhuǎn)捩（提前）的方法聯(lián)系實(shí)際2：進(jìn)行縮比模型風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，需人工提前附面層的轉(zhuǎn)捩在大風(fēng)洞中作全尺寸試驗(yàn)時(shí)（雷諾數(shù)一樣），則需要風(fēng)洞具有很低的湍流度表面粗糙度的影響總的來(lái)說(shuō)，粗糙促進(jìn)轉(zhuǎn)捩的發(fā)生。

粗糙體的臨界高度：對(duì)轉(zhuǎn)捩不產(chǎn)生影響的粗糙體的最大高度粗糙體的極限高度：可使轉(zhuǎn)捩在粗糙體所在位置處發(fā)生的粗糙體高度粗糙度的影響主要通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行研究，試驗(yàn)中把粗糙分為圓柱體粗糙（或二維）、分布粗糙和孤立粗糙三種情形a二維粗糙體臨界高度的公式—戈?duì)柎奶?S.Goldstein)

極限高度計(jì)算公式—塔尼(I.Tani)b分布粗糙體法因特（E.G.Feindt）對(duì)圓形收縮管道或漸擴(kuò)管道中的研究結(jié)果熱傳導(dǎo)的影響熱傳導(dǎo)對(duì)層流穩(wěn)定性的影響主要是通過(guò)對(duì)壁面流體的粘度梯度影響而影響速度剖面分布（有無(wú)拐點(diǎn)）實(shí)現(xiàn)的。熱壁情況使流動(dòng)趨于不穩(wěn)定冷壁使流動(dòng)趨于穩(wěn)定對(duì)于液體流動(dòng)，正好相反邊界層的吹出和吸入一般來(lái)說(shuō)：吸出增加流動(dòng)的穩(wěn)定性吹入則促使流動(dòng)不穩(wěn)定6轉(zhuǎn)捩的預(yù)估Granville方法沿流向計(jì)算層流邊界層的位移厚度雷諾數(shù)線性穩(wěn)定性理論在局部壓力梯度下求得的臨界雷諾數(shù)

確定開(kāi)始失穩(wěn)的位置確定轉(zhuǎn)捩點(diǎn)位置(Granville提出)對(duì)順壓力梯度，，式中最后一項(xiàng)的數(shù)值很大，所以過(guò)渡點(diǎn)將離臨界點(diǎn)下游很遠(yuǎn)；在分離流動(dòng)中，，則最后一項(xiàng)可以略去，即臨近法主要用于二維和軸對(duì)稱邊界層的轉(zhuǎn)捩計(jì)算中，是一種半經(jīng)驗(yàn)方法。基本假定：在臨界雷諾數(shù)時(shí)引入的小擾動(dòng)放大了（約8000倍）時(shí)則發(fā)生轉(zhuǎn)捩。主要過(guò)程：由邊界層方程算出速度剖面對(duì)于給定的擾動(dòng)頻率、波長(zhǎng)和雷諾數(shù)，由orr-

sommfeld方程算出擾動(dòng)沿x方向的增長(zhǎng)率積分得擾動(dòng)放大倍數(shù)沿x方向的分布關(guān)系，積分下限由失穩(wěn)點(diǎn)開(kāi)始，即臨界雷諾數(shù)處。

Cebeci-Smith法(1974)

此方法簡(jiǎn)便，且精度與法相當(dāng)。Cebeci-Smith直接給出了轉(zhuǎn)捩時(shí)與之間的關(guān)系：當(dāng)外部勢(shì)流速度給定后，可以由某一種層流邊界層計(jì)算方法算出一條隨的變化曲線，兩者的交點(diǎn)即為轉(zhuǎn)捩點(diǎn)Soby法滿足以下條件之一則發(fā)生轉(zhuǎn)捩：其中：T為來(lái)流的湍流強(qiáng)度，可取值為0.15%至4%。7工程實(shí)際強(qiáng)制轉(zhuǎn)捩方法邊界層固定轉(zhuǎn)捩的方法：貼粗糙帶、貼金屬絲、沿模型表面銑展向溝槽、沿模型展向開(kāi)排孔，孔中安裝電磁發(fā)聲器，產(chǎn)生聲激勵(lì)等。貼粗糙帶優(yōu)點(diǎn)：邊界層轉(zhuǎn)捩效果好，且使用非常簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)：粗糙帶后模型表面邊界層厚度增加，且粗糙帶本身會(huì)產(chǎn)生附加阻力在貼粗糙帶時(shí)，其基本要求是：在緊接粗糙帶的下游，模型邊界層由層流轉(zhuǎn)捩為穩(wěn)定的湍流粗糙度后模型表面邊界層厚度增加小，對(duì)邊界層外的位流影響小附加阻力小存在臨界的粗糙顆粒高度，可由下式確定：參數(shù)選擇取600，則應(yīng)取較大值粗糙帶的寬度：一般取機(jī)身長(zhǎng)度或當(dāng)?shù)貦C(jī)翼弦長(zhǎng)的1％，但寬度不得小于1mm，不得大于5mm粗糙顆粒密度一般約為粗糙帶面積的25％

粗糙帶位置的影響轉(zhuǎn)捩的判別方法升華法（主要依據(jù)：湍流的剪切應(yīng)力大）熱膜法（主要依據(jù)：層流和湍流邊界層內(nèi)氣流脈動(dòng)和換熱的差別）液晶法（主要依據(jù)：湍流傳熱與層流傳熱能力的差異