前缘结构是非稳态壁射流,以及各种其它类型的射流在发展阶段的主要特征,它是射流流体与外流体之间形成的具有复杂结构的界面。前缘现象在自然界和社会生产中也都广泛地存在,如强沙尘暴发生时形成的沙墙,向下倾泻的火山灰,飞行器起飞或者降落时发动机气流冲击起的地面灰尘。前缘处的流场结构对物质输运和能量的交换有着重要的影响,因此研究前缘结构的演化过程以及流场中的湍流结构不仅有着明显的学术意义,对环境问题和工业生产也非常重要。本文采用直接数值模拟方法研究了非稳态壁射流中前缘处的流场结构及其演化过程,分析了雷诺数、外流速度以及温度差对前缘结构的影响,同时也研究了惯性颗粒在非稳态壁射流中的输运规律。本文的主要创新点有:（1）.首次采用直接数值模拟研究了湍流状态下恒温壁的非稳态射流;（2）.首次结合直接数值模拟与点颗粒模型分析了惯性颗粒在前缘结构作用下从地表的起动,空中的输运过程和空间分布规律;（3）.通过改变射流的持续时间,在非稳态壁射流中单独模拟和分析异重流的坍塌阶段、惯性阶段以及耗散阶段。文章的主要结论有以下几点。首先,在恒温和非恒温的非稳态壁射流中,前缘处均存在明显的lobe-cleft结构,以及沿展向的前缘涡。外流速度和瑞利数增大都会使得前缘高度和鼻头点的高度降低,前缘移动速度增大。射流到达后壁面切应力迅速增大,在瑞利数较大时前缘处的壁面切应力出现明显的峰值。非恒温壁射流在瑞利数较小时类似于恒温壁射流,而较大时则成为异重流,这两个极端的流场分别由惯性力和重力控制。前缘处的流场主要以发卡状的涡结构为主,它们与lobe结构有着很好的空间关联,在两个极端情况下发卡状涡结构的涡头的方向与旋转方向完全相反。我们根据流场的演化推测,在两个极端算例中前缘处存在不同的失稳机制,前者中为离心不稳定性,而后者中为局部的温度不稳定层结。其次,由于前缘涡诱导的上升流动以及前缘处壁面切应力的迅速增大,壁射流对地表的侵蚀在前缘处最强,大量惯性颗粒在前缘处起动并向上输运,颗粒惯性越小越容易离开壁面。在前缘处流向涡结构的诱导下,惯性颗粒趋于向cleft结构后方聚集,此处流场的流向速度脉动为负,而法向速度为正。最后,当射流持续时间有限时,粘性力的耗散作用增加,射流时间越短流场耗散越快。在耗散阶段前缘移动速度加速衰减,瑞利数较大时,前缘移动速度的衰减规律与已有的异重流结果吻合很好。壁面切应力峰值的衰减呈时间的幂函数关系,说明前缘处流场的侵蚀能力也随时间迅速降低。