轉捩

轉捩，即從層流到湍流的過渡。流體力學名詞，表征一種流動現象，英文為transition。轉捩點的計算和預估是設計飛行器的關鍵前提。

轉捩可分為三種：自然轉捩（或橫流轉捩，natural transition），旁路轉捩（bypass transition），分離流轉捩（separation-induced transition）。自然轉捩發生在低湍流度下（Tu<1%），被認為是最普遍的一種轉捩形式。而旁路轉捩是由外部氣流（自由流湍流）的強幹擾引起的，其邊界層內擾動呈代數增長，不再服從指數規律，即不經過T-S波的小擾動增長過程而直接由層流突變為湍流。典型的例子是葉輪機械中的轉捩過程。

基本介紹

• 中文名：轉捩
• 外文名：transition
• 分類：旁路、分離、自然轉捩
• 釋義：流體力學名詞，表征一種流動現象
• 概念：從層流到湍流的過渡
• 計算方法1：通過湍流模型計算
• 計算方法2：直接求解N-S方程
• 計算方法3：線性穩定性和拋物線形穩定性方程

簡介

長期以來，邊界層的轉捩作為流體力學領域的一個前沿和難點問題受到了廣泛而持續的關注。儘管關於邊界層轉捩的基礎理論和發生機理仍在研究發展中，但其在工程實踐中的重要性已經日益突出。航空航天工程中，轉捩的發生位置和發展過程對飛行器的升阻特性、邊界層分離以及表面氣動加熱等具有顯著的影響，因此附面層轉捩的準確預測對於航空航天飛行器氣動外形設計具有非常重要的意義。

分類

自然轉捩

自然轉捩也叫橫流轉捩。對於高空飛行的飛行器而言，其邊界層轉捩由小擾動引起，稱為自然轉捩。

Natural Transition

自然轉捩各階段具體如下：

自然轉捩過程圖

1：前緣之後的穩定層流；

2：具有二維Tollmien-Schlichting波的不穩定層流；

3：不穩定的三維擾動波開始發展並形成渦旋；展向渦量。

4：在局部渦量很高的地方湍流促發；三維渦破碎。

5：在湍流脈動速度大的地方形成湍斑；

6：湍斑聚結成充分發展的湍流邊界層。

分離流轉捩

Separation-induced transition

旁路轉捩

Bypass transition，此名稱是按照Morkovin（1969）的提法而延續下來的。旁路轉捩是由外部氣流（自由流湍流）的強幹擾引起的，並且完全繞過了Tollmien-Schlichting描述的不穩定狀態，這是在葉輪機械中常見的轉捩形式。

計算方法

目前，轉捩點的計算約有三種方法：

1. 通過湍流模型計算。目前，湍流模型中還不是完全的理論公式，而是經驗公式。

2. 直接求解N-S方程。

3. 求解基於小擾動理論的線性穩定性方程和求解拋物線形穩定性方程。