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层流到湍流的转捩是自然界和各种工程实践中广泛存在的现象,层流和湍流这两种状态的性质大不相同,预测层流到湍流的转捩位置显得非常重要。 本文用数值模拟的方法,对二维平板边界层,运用较粗网格研究了扰动的空间演化,对入口加不同幅值扰动预测了转捩位置。对三维平板边界层,研究了计算域入口加展向波包型扰动的演化。所得到结论如下: 1.自由来流的展向速度和流向速度不依赖于x和z,可以先求解出相似性解u和v,然后根据自由来流展向速度和流向速度的关系求出w,得到三维边界层方程的解。 2.对于二维基本流,入口扰动加一个有限幅值的二维T-S波和一对对称的三维T-S波,可以用较粗网格计算扰动的演化,得到转捩的位置。计算结果表明,当入口二维T-S波的幅值从0.01变为0.004,转捩的位置从350变为520。为了节省计算量,可以用较粗网格进行转捩位置预测的研究。 3.对于三维基本流,当展向速度和流向速度的比值取值不同时,特征函数、幅值增长有所不同。当比值由0.01变化到0.8时,特征函数中的u,v的变化不大,w先变小再增大。流向波数随着比值的增大而减小,增长率曲线的斜率随着比值的增大而增大。 4.在三维基本流的前提下,入口扰动为波包,得到波包的幅值增长和扰动演化符合线性稳定性理论。在本算例中,波峰的传播方向几乎是一条直线,传播方向与x轴的夹角为0.29,这与外流流动速度的方向是一致的。