● 摘要
自上世纪六十年代以来，湍流研究中最引人注目的发展之一是相干结构（或称拟序结构）的发现。湍流相干结构的发现有着重要的意义，它在某种程度上改变了人们对湍流的传统观念。现在普遍认为湍流剪切流存在着大涡结构，这些结构是半有序的或拟序的，特别对于边界层湍流，相干结构被认为是该区域最具代表性的典型特征结构，对相干结构的研究已经成为该区域湍流研究的主要着眼点之一。随着研究的不断扩展和深入，人们发现湍流边界层近壁区相干结构的诸多特性与层流边界层转捩区的不稳定波颇有相似之处，因而将源于流动稳定性问题的共振三波理论模型引入边界层湍流的研究之中，对不同压力梯度下充分发展湍流相干结构演化过程的数值模拟取得了很好的结果。作者在汲取以上工作成功经验的基础上，提出一个新的思路，通过构造一种准二维共振三波理论模型，用以研究相干结构产生初期的发展演化过程。结果显示了诸多重要典型特征结构的产生和演化过程，特别是得到了流向涡及其次生结构，为解释该区域相干结构初期的产生发展提供了一种新的可靠的研究手段。 作为雷诺平均和直接数值模拟折衷的大涡模拟是处理工程问题的理想方法，但高雷诺数下固壁附近激增的网格数量成为限制其发展的瓶颈问题，因此构建合理有效的壁面模型成为大涡模拟研究的重要内容之一。由于近壁区相干结构是这一区域最为活跃的大尺度结构，它对湍流的输运能力做出了主要的贡献，在某种意义上决定了该区域内流体的主要流动性质，据此作者提出一种构想，即建立一种由非定常运动（相干结构）通向壁面模型的桥梁，将相干结构所反映的近壁区流动主要典型特征引入壁面模型，忠实地体现壁面模型的作用，以弥补以往诸多壁面模型存在的不能完整体现该区域重要物理性质和运动特性的问题。又进而从工程计算应用的角度出发，提出构建计算中更便于实现的基于共振三波的壁面模型。针对充分发展槽道湍流算例进行了大量的计算和研究，初步完成了该壁面模型构造方法、方案的论证和验证计算，结果显示：使用壁面模型后，定性和定量的结果分析都存在合理性，能够得到重要的特征结构和一阶、二阶统计结果。同时针对与目前国内外理论研究中其他壁面模型存在的共性问题，作者也做了研究并给出了初步的建议。为此类壁面模型的进一步发展奠定了基础。