题目：圆柱尾迹诱导平板边界层旁路转捩及主动控制的实验研究

本文通过氢气泡流动显示和粒子图像测速的实验方法，研究了圆柱尾迹作用下零压力梯度平板边界层旁路转捩机理以及合成射流主动控制转捩的效果。全文主要结果如下：

当圆柱位置较低时（G/D=0.5和G/D=1.0，G/D是圆柱距壁面高度G与圆柱直径D的比值）尾迹与边界层会发生强相互作用，尾迹能诱导边界层发生较大分离，分离的剪切层卷成二次涡并进入尾迹区；当圆柱高度较高时（G/D=1.5和G/D=2.0）尾迹与边界层属于弱相互作用，尾迹诱导的二次涡在壁面附近向下游对流；当圆柱高度进一步升高（G/D=2.5和G/D=3.0），尾迹对边界层的作用非常弱，尾涡已经不能在边界层内诱导产生二次涡。

圆柱高度G/D=1.0时尾迹与边界层属于强相互作用。在此圆柱高度下，二次涡在形成过程中不断向上抬升，当抬升到一定高度时，二次涡便会与下尾涡发生直接相互作用，结果是二次涡或者被卷入尾迹中，或者被压向壁面。下尾涡对二次涡抬升和下压作用沿展向的不均匀性加速了二次涡三维失稳演变成为Λ涡结构。本征正交分解的模态表明壁面剪切层发生了分离和再附的现象，并且这种再附是非定常的。有限时间李亚普诺夫指数的结果表明，在流动再附以后，壁面附近出现了一般在转捩末期和湍流边界层中才会出现的马蹄涡包结构。

圆柱高度G/D=2.0时尾迹与边界层属于弱相互作用。在此圆柱高度下，尾涡诱导的二次涡在壁面附近向下游对流，并逐渐发生展向失稳形成Λ涡。同时，边界层内的扰动经历了快速增长。动力学模态分解分析表明，首先进入边界层并快速增长的是尾涡脱落频率的扰动，这一阶段对应着二次涡的形成过程。随着二次涡的失稳和涡管沿流向的拉伸，其它频率的扰动纷纷开始增长，而且低频扰动开始占据主导地位。二次涡失稳形成的Λ涡进一步演化成为马蹄涡，而马蹄涡通过自繁殖和自组织形成马蹄涡包结构。边界层在Λ涡形成之后就出现了流向较长的低速区，而且随着转捩的进行，其流向尺度不断增大、展向间距不断减小。

应用合成射流技术对圆柱尾迹影响下的边界层旁路转捩进行了主动控制研究。结果表明，合成射流增强了尾迹中的低频扰动的强度，加速了二次涡的失稳过程，导致边界层转捩提前。