层流向湍流的转捩

5影响转捩的因素影响转捩位置以及转捩过程的因素较为复杂，有压强梯度、自由流的湍流度、物体表面的粗糙度、可压缩性以及流体与物面的热交换等。压力梯度的影响压力梯度由于影响速度剖面而影响临界雷诺数顺压力梯度使速度剖面饱满，流动稳定；逆压力梯度使速度剖面出现拐点，流动不稳定。注：在逆压力梯度时，常常由于分离的层流速度的分布极不稳定，有时会形成分离泡，在分离点是层流，而再附点是湍流，看不到三维波动和湍流斑。层流翼型：通过控制压力梯度以控制转捩压力梯度对转捩过程也有着显著的影响平均压力梯度对从临界雷诺数到转捩雷诺数的成长过程的影响平均压力梯度的定义（>0,加速流；<0，减速流）自由流湍流度（turbulenceintensity）和噪声的影响自由来流湍流度对流动的转捩也有着显著影响。当来流湍流强度较大时，层流的转捩过程中可以不出现T－S波而直接过渡到湍流，出现所谓的“短路现象”

例：在低湍流度风洞进行的平板边界层试验表明，在T<0.08％时，湍流度对边界层的转捩不会产生影响，而当T＝3％时，转捩雷诺数由2.8×106下降到105。相对湍流度：范德列斯特VanDriest－布鲁默Blumer公式（1968）上式中对于平板边界层只考虑的影响联系实际1：利用自由来流湍流度对转捩雷诺数的影响关系，可测定风洞中气流的湍流度。

将一个光滑的球，放在风洞的试验段内，气流速度逐渐增大，当大到一定的时候，阻力突然下降，这时的雷诺数为转捩雷诺数。自由来流湍流度趋于零时试验所得到的转捩雷诺数为385000。试验风洞的湍流度因子定义为385000与实际测量的转捩雷诺数之比。缺点：圆球的制造形状稍有偏差，影响转捩雷诺数测量的只是转捩时所对应的风速时的湍流度在近代低速风洞中，由于设计上的完善，相对湍流度可以降低当10－4量级，即万分之一左右。此时，风洞的背景噪声将可能成为引起过渡的重要因素。在高亚声速风洞中噪声可能控制流动的转捩。在超声速风洞中，马赫波的脉动则是最重要的扰动源。目前，声波也被用来作为人工控制流动转捩（提前）的方法联系实际2：进行缩比模型风洞试验时，需人工提前附面层的转捩在大风洞中作全尺寸试验时（雷诺数一样），则需要风洞具有很低的湍流度表面粗糙度的影响总的来说，粗糙促进转捩的发生。

粗糙体的临界高度：对转捩不产生影响的粗糙体的最大高度粗糙体的极限高度：可使转捩在粗糙体所在位置处发生的粗糙体高度粗糙度的影响主要通过试验进行研究，试验中把粗糙分为圆柱体粗糙（或二维）、分布粗糙和孤立粗糙三种情形a二维粗糙体临界高度的公式—戈尔茨坦(S.Goldstein)

极限高度计算公式—塔尼(I.Tani)b分布粗糙体法因特（E.G.Feindt）对圆形收缩管道或渐扩管道中的研究结果热传导的影响热传导对层流稳定性的影响主要是通过对壁面流体的粘度梯度影响而影响速度剖面分布（有无拐点）实现的。热壁情况使流动趋于不稳定冷壁使流动趋于稳定对于液体流动，正好相反边界层的吹出和吸入一般来说：吸出增加流动的稳定性吹入则促使流动不稳定6转捩的预估Granville方法沿流向计算层流边界层的位移厚度雷诺数线性稳定性理论在局部压力梯度下求得的临界雷诺数

确定开始失稳的位置确定转捩点位置(Granville提出)对顺压力梯度，，式中最后一项的数值很大，所以过渡点将离临界点下游很远；在分离流动中，，则最后一项可以略去，即临近法主要用于二维和轴对称边界层的转捩计算中，是一种半经验方法。基本假定：在临界雷诺数时引入的小扰动放大了（约8000倍）时则发生转捩。主要过程：由边界层方程算出速度剖面对于给定的扰动频率、波长和雷诺数，由orr-

sommfeld方程算出扰动沿x方向的增长率积分得扰动放大倍数沿x方向的分布关系，积分下限由失稳点开始，即临界雷诺数处。

Cebeci-Smith法(1974)

此方法简便，且精度与法相当。Cebeci-Smith直接给出了转捩时与之间的关系：当外部势流速度给定后，可以由某一种层流边界层计算方法算出一条随的变化曲线，两者的交点即为转捩点Soby法满足以下条件之一则发生转捩：其中：T为来流的湍流强度，可取值为0.15%至4%。7工程实际强制转捩方法边界层固定转捩的方法：贴粗糙带、贴金属丝、沿模型表面铣展向沟槽、沿模型展向开排孔，孔中安装电磁发声器，产生声激励等。贴粗糙带优点：边界层转捩效果好，且使用非常简便；缺点：粗糙带后模型表面边界层厚度增加，且粗糙带本身会产生附加阻力在贴粗糙带时，其基本要求是：在紧接粗糙带的下游，模型边界层由层流转捩为稳定的湍流粗糙度后模型表面边界层厚度增加小，对边界层外的位流影响小附加阻力小存在临界的粗糙颗粒高度，可由下式确定：参数选择取600，则应取较大值粗糙带的宽度：一般取机身长度或当地机翼弦长的1％，但宽度不得小于1mm，不得大于5mm粗糙颗粒密度一般约为粗糙带面积的25％

粗糙带位置的影响转捩的判别方法升华法（主要依据：湍流的剪切应力大）热膜法（主要依据：层流和湍流边界层内气流脉动和换热的差别）液晶法（主要依据：湍流传热与层流传热能力的差异