本書對(duì)多種主動(dòng)和被動(dòng)流動(dòng)控制方法進(jìn)行了研究，包括渦旋射流和合成射流等主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)、葉柵縫隙和球凸結(jié)構(gòu)等被動(dòng)控制技術(shù)、振蕩撲翼氣動(dòng)效應(yīng)控制。通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，全面分析了各種流動(dòng)控制方法的性能和機(jī)理。為各種環(huán)境下進(jìn)行流動(dòng)控制提供了理論基礎(chǔ)和新的方法及思路。
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逆壓梯度可能使近壁區(qū)流體發(fā)生回流或逆流，導(dǎo)致流體不能沿著物面外形流動(dòng)而離開物體表面，這種現(xiàn)象稱為流動(dòng)分離。盡管分離流動(dòng)可以提高熱量和質(zhì)量的傳輸以及混合效率，但其危害也極為顯著：飛機(jī)機(jī)翼表面的流動(dòng)分離將引起阻力增加，升力降低，甚至失速：動(dòng)力機(jī)械中通流葉柵和擴(kuò)壓器中的流動(dòng)分離會(huì)降低運(yùn)行效率，還可能造成過大的振動(dòng)從而危害機(jī)器的安全運(yùn)行。因此，加深對(duì)流動(dòng)分離物理過程的認(rèn)識(shí)，發(fā)展分離流動(dòng)控制技術(shù)，一直是學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)注的焦點(diǎn)。
流動(dòng)控制概念由來已久。早在1904年，普朗特在首次提出邊界層理論的同時(shí)，就給出了采用抽吸方法控制圓柱繞流和推遲分離的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明了流動(dòng)是可以控制的。隨著流體力學(xué)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)等的進(jìn)一步發(fā)展，眾多學(xué)者開發(fā)了多種流動(dòng)控制技術(shù)以提高飛行器和動(dòng)力機(jī)械等的效率及安全性。例如，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用球窩有效控制了低壓透平葉片吸力面的流動(dòng)分離，降低了葉柵損失。
本書總結(jié)了作者及所在科研團(tuán)隊(duì)多年來在流動(dòng)控制理論、數(shù)值和實(shí)驗(yàn)方面的研究成果，提供了豐富的流動(dòng)控制實(shí)例，闡明了各種流動(dòng)控制機(jī)理，給出了大量可供參考和借鑒的流動(dòng)控制結(jié)構(gòu)及具體參數(shù)。全書分為六章，包括緒論、數(shù)值與實(shí)驗(yàn)方法、基于渦旋射流的主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)研究、基于合成射流的低壓高負(fù)荷透平葉柵邊界層分離控制研究、球窩結(jié)構(gòu)的流動(dòng)控制研究、振蕩撲翼的推進(jìn)特性及能量采集研究。
本書得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（10602044）、國(guó)家863計(jì)劃專題課題（2009AA042102）、教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金、西安交通大學(xué)新興前沿／學(xué)科綜合交叉類科研項(xiàng)目（XJJ20100127）等的資助。本書內(nèi)容涵蓋了曾在研究團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)過的8位研究生的科研成果，他們是樊濤博士、藍(lán)吉兵博士、陳建輝博士、呂坤博士、舒靜碩士、葉冬挺碩士、何海宇碩士、王傳進(jìn)碩士，研究團(tuán)隊(duì)的姜偉、鄭璐兩位博士研究生在本書的編寫過程中進(jìn)行了大量校對(duì)工作，在此表示誠(chéng)摯的感謝！科學(xué)出版社亢列梅編輯為本書的出版付出了非常多的努力，在此一并表示感謝！
流動(dòng)控制技術(shù)在航空航天和動(dòng)力機(jī)械領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，其內(nèi)容遠(yuǎn)不止本書涉及的幾種形式，作者希望拋磚引玉，吸引更多的卓越之士共同推動(dòng)這一領(lǐng)域的發(fā)展。
由于作者水平有限，書中不足之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
目錄
前言
1 緒論 1
1.1 流動(dòng)分離現(xiàn)象 1
1.2 基于渦旋射流的主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù) 2
1.2.1 射流式渦旋發(fā)生器 3
1.2.2 渦旋射流流動(dòng)特性 4
1.3 基于合成射流的主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù) 5
1.3.1 合成射流激勵(lì)器 6
1.3.2 合成射流控制技術(shù)的研究和應(yīng)用 6
1.4 流動(dòng)分離的被動(dòng)控制技術(shù) 8
1.5 振蕩撲翼的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)控制 10
1.5.1 振蕩撲翼的推進(jìn)特性 11
1.5.2 振蕩撲翼的能量采集 11
1.6 本書的主要內(nèi)容 12
2 數(shù)值與實(shí)驗(yàn)方法 14
2.1 熱線流速測(cè)試技術(shù) 14
2.1.1 熱線流速測(cè)試技術(shù)基本原理 14
2.1.2 IFA300熱線測(cè)試系統(tǒng) 15
2.1.3 壁面溫度修正 16
2.2 PIV測(cè)試技術(shù) 16
2.2.1 PIV基本原理 16
2.2.2 PIV測(cè)速系統(tǒng) 17
2.2.3 示蹤粒子的選擇 19
2.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試誤差分析 19
2.3.1 熱線測(cè)量誤差分析 19
2.3.2 PIV測(cè)量誤差分析 20
2.4 數(shù)值研究方法 20
2.4.1 湍流流動(dòng)的數(shù)值研究方法 20
2.4.2 大渦模擬方法 21
2.4.3 雷諾時(shí)均方法 25
2.5 湍流相干結(jié)構(gòu)的渦識(shí)別 26
2.5.1 湍流相干結(jié)構(gòu)的渦識(shí)別簡(jiǎn)述 26
2.5.2 速度梯度張量第2不變量——Q定義 27
2.5.3 Hessian矩陣分析法—— 定義 28
2.6 結(jié)論 29
3 基于渦旋射流的主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)研究 30
3.1 渦旋射流控制擴(kuò)壓器流動(dòng)分離的實(shí)驗(yàn)研究 30
3.1.1 渦旋射流控制圓錐擴(kuò)壓器流動(dòng)分離的實(shí)驗(yàn)研究 30
3.1.2 渦旋射流控制矩形擴(kuò)壓器流動(dòng)分離的實(shí)驗(yàn)研究 37
3.2 渦旋射流控制擴(kuò)壓器流動(dòng)分離的數(shù)值研究 44
3.2.1 數(shù)值計(jì)算方法 44
3.2.2 渦旋射流控制圓錐擴(kuò)壓器流動(dòng)分離的數(shù)值研究 45
3.2.3 渦旋射流控制矩形擴(kuò)壓器流動(dòng)分離的數(shù)值研究 52
3.3 渦旋射流控制逆壓梯度平板邊界層分離的實(shí)驗(yàn)及數(shù)值研究 59
3.3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)裝置 59
3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 61
3.3.3 數(shù)值計(jì)算方法 62
3.3.4 各工況的大渦模擬結(jié)果分析 63
3.4 結(jié)論 75
4 基于合成射流的低壓高負(fù)荷透平葉柵邊界層分離控制研究 77
4.1 合成射流技術(shù)原理及數(shù)學(xué)描述 77
4.1.1 合成射流技術(shù)原理 77
4.1.2 合成射流激勵(lì)器的數(shù)學(xué)模型及影響因素 78
4.1.3 合成射流與主流的相互作用 81
4.2 低壓透平PakB葉柵流動(dòng)分離的合成射流控制 82
4.2.1 研究對(duì)象及數(shù)值方法 82
4.2.2 低壓透平PakB葉柵流動(dòng)特性的數(shù)值研究 84
4.2.3 合成射流控制PakB葉柵流動(dòng)分離的數(shù)值研究 86
4.3 考慮尾跡影響的PakB葉柵流動(dòng)分離的合成射流控制 99
4.3.1 考慮尾跡影響的PakB葉柵流動(dòng)分離的實(shí)驗(yàn)研究 99
4.3.2 考慮尾跡影響的PakB葉柵流動(dòng)分離的數(shù)值研究 103
4.3.3 考慮尾跡影響的PakB葉柵流動(dòng)分離的合成射流控制研究 105
4.4 結(jié)論 107
5 球窩結(jié)構(gòu)的流動(dòng)控制研究 108
5.1 布置單個(gè)/單排球窩的平板流動(dòng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值研究 108
5.1.1 布置單個(gè)球窩的平板流動(dòng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究 108
5.1.2 采用球窩控制逆壓梯度平板邊界層分離流動(dòng)的大渦模擬 115
5.2 球窩控制PakB葉柵流動(dòng)分離的數(shù)值研究 122
5.2.1 研究對(duì)象及數(shù)值方法 122
5.2.2 無球窩控制時(shí)PakB葉柵穩(wěn)態(tài)流動(dòng)特性 124
5.2.3 采用球窩進(jìn)行流動(dòng)控制時(shí)PakB葉柵穩(wěn)態(tài)流動(dòng)特性 125
5.3 結(jié)論 128
6 振蕩撲翼的推進(jìn)特性及能量采集研究 130
6.1 高頻俯仰撲翼推進(jìn)特性研究 130
6.1.1 研究對(duì)象及數(shù)值方法 130
6.1.2 撲翼振型 131
6.1.3 小振幅時(shí)俯仰撲翼推進(jìn)特性研究 132
6.1.4 大振幅時(shí)俯仰撲翼推進(jìn)特性研究 134
6.1.5 非正弦振型對(duì)俯仰撲翼推進(jìn)特性的影響 137
6.1.6 彎度對(duì)俯仰撲翼推進(jìn)特性的影響 141
6.2 沉浮撲翼推進(jìn)特性研究 142
6.2.1 沉浮撲翼振型 142
6.2.2 研究工況 142
6.2.3 不同振型對(duì)沉浮撲翼推進(jìn)特性的影響 143
6.3 采用新型俯仰振型的撲翼推進(jìn)特性研究 146
6.3.1 新型俯仰振型 146
6.3.2 網(wǎng)格和時(shí)間步無關(guān)性驗(yàn)證 147
6.3.3 運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)新型俯仰撲翼推進(jìn)特性的影響 148
6.3.4 非正弦振型對(duì)新型俯仰撲翼推進(jìn)特性的影響 153
6.3.5 翼型形狀對(duì)新型俯仰撲翼推進(jìn)特性的影響 156
6.4 振蕩撲翼能量采集特性研究 162
6.4.1 撲翼能量采集振型 162
6.4.2 撲翼能量采集功率和效率 163
6.4.3 名義攻角對(duì)撲翼能量采集效果的影響 164
6.4.4 有效攻角變化模式對(duì)撲翼能量采集效果的影響 168
6.4.5 非正弦俯仰振型對(duì)撲翼能量采集效果的影響 172
6.4.6 非正弦沉浮振型對(duì)撲翼能量采集效果的影響 175
6.4.7 非正弦俯仰與非正弦沉浮耦合運(yùn)動(dòng)對(duì)撲翼能量采集效果的影響 177
6.5 結(jié)論 178
參考文獻(xiàn) 180
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