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)捩過程的因素較為復(fù)雜，有壓強梯度、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，流動穩(wěn)定；逆壓力梯度使速度剖面出現(xiàn)拐點，流動不穩(wěn)定。注：在逆壓力梯度時，常常由于分離的層流速度的分布極不穩(wěn)定，有時會形成分離泡，在分離點是層流，而再附點是湍流，看不到三維波動和湍流斑。層流翼型：通過控制壓力梯度以控制轉(zhuǎn)捩壓力梯度對轉(zhuǎn)捩過程也有著顯著的影響平均壓力梯度對從臨界雷諾數(shù)到轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)的成長過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流湍流度對流動的轉(zhuǎn)捩也有著顯著影響。當(dāng)來流湍流強度較大時，層流的轉(zhuǎn)捩過程中可以不出現(xiàn)T－S波而直接過渡到湍流，出現(xiàn)所謂的“短路現(xiàn)象”

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

將一個光滑的球，放在風(fēng)洞的試驗段內(nèi)，氣流速度逐漸增大，當(dāng)大到一定的時候，阻力突然下降，這時的雷諾數(shù)為轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)。自由來流湍流度趨于零時試驗所得到的轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)為385000。試驗風(fēng)洞的湍流度因子定義為385000與實際測量的轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)之比。缺點：圓球的制造形狀稍有偏差，影響轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)測量的只是轉(zhuǎn)捩時所對應(yīng)的風(fēng)速時的湍流度在近代低速風(fēng)洞中，由于設(shè)計上的完善，相對湍流度可以降低當(dāng)10－4量級，即萬分之一左右。此時，風(fēng)洞的背景噪聲將可能成為引起過渡的重要因素。在高亞聲速風(fēng)洞中噪聲可能控制流動的轉(zhuǎn)捩。在超聲速風(fēng)洞中，馬赫波的脈動則是最重要的擾動源。目前，聲波也被用來作為人工控制流動轉(zhuǎn)捩（提前）的方法聯(lián)系實際2：進行縮比模型風(fēng)洞試驗時，需人工提前附面層的轉(zhuǎn)捩在大風(fēng)洞中作全尺寸試驗時（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說，粗糙促進轉(zhuǎn)捩的發(fā)生。

粗糙體的臨界高度：對轉(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試驗進行研究，試驗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—戈爾茨坦(S.Goldstein)

極限高度計算公式—塔尼(I.Tani)b分布粗糙體法因特（E.G.Feindt）對圓形收縮管道或漸擴管道中的研究結(jié)果熱傳導(dǎo)的影響熱傳導(dǎo)對層流穩(wěn)定性的影響主要是通過對壁面流體的粘度梯度影響而影響速度剖面分布（有無拐點）實現(xiàn)的。熱壁情況使流動趨于不穩(wěn)定冷壁使流動趨于穩(wěn)定對于液體流動，正好相反邊界層的吹出和吸入一般來說：吸出增加流動的穩(wěn)定性吹入則促使流動不穩(wěn)定6轉(zhuǎn)捩的預(yù)估Granville方法沿流向計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)

確定開始失穩(wěn)的位置確定轉(zhuǎn)捩點位置(Granville提出)對順壓力梯度，，式中最后一項的數(shù)值很大，所以過渡點將離臨界點下游很遠(yuǎn)；在分離流動中，，則最后一項可以略去，即臨近法主要用于二維和軸對稱邊界層的轉(zhuǎn)捩計算中，是一種半經(jīng)驗方法。基本假定：在臨界雷諾數(shù)時引入的小擾動放大了（約8000倍）時則發(fā)生轉(zhuǎn)捩。主要過程：由邊界層方程算出速度剖面對于給定的擾動頻率、波長和雷諾數(shù)，由orr-

sommfeld方程算出擾動沿x方向的增長率積分得擾動放大倍數(shù)沿x方向的分布關(guān)系，積分下限由失穩(wěn)點開始，即臨界雷諾數(shù)處。

Cebeci-Smith法(1974)

此方法簡便，且精度與法相當(dāng)。Cebeci-Smith直接給出了轉(zhuǎn)捩時與之間的關(guān)系：當(dāng)外部勢流速度給定后，可以由某一種層流邊界層計算方法算出一條隨的變化曲線，兩者的交點即為轉(zhuǎn)捩點Soby法滿足以下條件之一則發(fā)生轉(zhuǎn)捩：其中：T為來流的湍流強度，可取值為0.15%至4%。7工程實際強制轉(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、沿模型展向開排孔，孔中安裝電磁發(fā)聲器，產(chǎn)生聲激勵等。貼粗糙帶優(yōu)點：邊界層轉(zhuǎn)捩效果好，且使用非常簡便；缺點：粗糙帶后模型表面邊界層厚度增加，且粗糙帶本身會產(chǎn)生附加阻力在貼粗糙帶時，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：一般取機身長度或當(dāng)?shù)貦C翼弦長的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