本書對多種主動和被動流動控制方法進行了研究，包括渦旋射流和合成射流等主動流動控制技術(shù)、葉柵縫隙和球凸結(jié)構(gòu)等被動控制技術(shù)、振蕩撲翼氣動效應控制。通過實驗和數(shù)值模擬的方法，全面分析了各種流動控制方法的性能和機理。為各種環(huán)境下進行流動控制提供了理論基礎和新的方法及思路。
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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，導致流體不能沿著物面外形流動而離開物體表面，這種現(xiàn)象稱為流動分離。盡管分離流動可以提高熱量和質(zhì)量的傳輸以及混合效率，但其危害也極為顯著：飛機機翼表面的流動分離將引起阻力增加，升力降低，甚至失速：動力機械中通流葉柵和擴壓器中的流動分離會降低運行效率，還可能造成過大的振動從而危害機器的安全運行。因此，加深對流動分離物理過程的認識，發(fā)展分離流動控制技術(shù)，一直是學術(shù)界和工程界關注的焦點。
流動控制概念由來已久。早在1904年，普朗特在首次提出邊界層理論的同時，就給出了采用抽吸方法控制圓柱繞流和推遲分離的實驗結(jié)果，表明了流動是可以控制的。隨著流體力學、計算流體動力學和實驗流體力學等的進一步發(fā)展，眾多學者開發(fā)了多種流動控制技術(shù)以提高飛行器和動力機械等的效率及安全性。例如，美國空軍研究實驗室應用球窩有效控制了低壓透平葉片吸力面的流動分離，降低了葉柵損失。
本書總結(jié)了作者及所在科研團隊多年來在流動控制理論、數(shù)值和實驗方面的研究成果，提供了豐富的流動控制實例，闡明了各種流動控制機理，給出了大量可供參考和借鑒的流動控制結(jié)構(gòu)及具體參數(shù)。全書分為六章，包括緒論、數(shù)值與實驗方法、基于渦旋射流的主動流動控制技術(shù)研究、基于合成射流的低壓高負荷透平葉柵邊界層分離控制研究、球窩結(jié)構(gòu)的流動控制研究、振蕩撲翼的推進特性及能量采集研究。
本書得到了國家自然科學基金（10602044）、國家863計劃專題課題（2009AA042102）、教育部留學回國人員科研啟動基金、西安交通大學新興前沿／學科綜合交叉類科研項目（XJJ20100127）等的資助。本書內(nèi)容涵蓋了曾在研究團隊學習過的8位研究生的科研成果，他們是樊濤博士、藍吉兵博士、陳建輝博士、呂坤博士、舒靜碩士、葉冬挺碩士、何海宇碩士、王傳進碩士，研究團隊的姜偉、鄭璐兩位博士研究生在本書的編寫過程中進行了大量校對工作，在此表示誠摯的感謝！科學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！
流動控制技術(shù)在航空航天和動力機械領域具有廣闊的應用前景，其內(nèi)容遠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這一領域的發(fā)展。
由于作者水平有限，書中不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。
目錄
前言
1 緒論 1
1.1 流動分離現(xiàn)象 1
1.2 基于渦旋射流的主動流動控制技術(shù) 2
1.2.1 射流式渦旋發(fā)生器 3
1.2.2 渦旋射流流動特性 4
1.3 基于合成射流的主動流動控制技術(shù) 5
1.3.1 合成射流激勵器 6
1.3.2 合成射流控制技術(shù)的研究和應用 6
1.4 流動分離的被動控制技術(shù) 8
1.5 振蕩撲翼的流場結(jié)構(gòu)控制 10
1.5.1 振蕩撲翼的推進特性 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)值與實驗方法 14
2.1 熱線流速測試技術(shù) 14
2.1.1 熱線流速測試技術(shù)基本原理 14
2.1.2 IFA300熱線測試系統(tǒng) 15
2.1.3 壁面溫度修正 16
2.2 PIV測試技術(shù) 16
2.2.1 PIV基本原理 16
2.2.2 PIV測速系統(tǒng) 17
2.2.3 示蹤粒子的選擇 19
2.3 實驗測試誤差分析 19
2.3.1 熱線測量誤差分析 19
2.3.2 PIV測量誤差分析 20
2.4 數(shù)值研究方法 20
2.4.1 湍流流動的數(shù)值研究方法 20
2.4.2 大渦模擬方法 21
2.4.3 雷諾時均方法 25
2.5 湍流相干結(jié)構(gòu)的渦識別 26
2.5.1 湍流相干結(jié)構(gòu)的渦識別簡述 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流動控制技術(shù)研究 30
3.1 渦旋射流控制擴壓器流動分離的實驗研究 30
3.1.1 渦旋射流控制圓錐擴壓器流動分離的實驗研究 30
3.1.2 渦旋射流控制矩形擴壓器流動分離的實驗研究 37
3.2 渦旋射流控制擴壓器流動分離的數(shù)值研究 44
3.2.1 數(shù)值計算方法 44
3.2.2 渦旋射流控制圓錐擴壓器流動分離的數(shù)值研究 45
3.2.3 渦旋射流控制矩形擴壓器流動分離的數(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驗及數(shù)值研究 59
3.3.1 實驗系統(tǒng)及實驗裝置 59
3.3.2 實驗結(jié)果分析 61
3.3.3 數(shù)值計算方法 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 合成射流激勵器的數(shù)學模型及影響因素 78
4.1.3 合成射流與主流的相互作用 81
4.2 低壓透平PakB葉柵流動分離的合成射流控制 82
4.2.1 研究對象及數(shù)值方法 82
4.2.2 低壓透平PakB葉柵流動特性的數(shù)值研究 84
4.2.3 合成射流控制PakB葉柵流動分離的數(shù)值研究 86
4.3 考慮尾跡影響的PakB葉柵流動分離的合成射流控制 99
4.3.1 考慮尾跡影響的PakB葉柵流動分離的實驗研究 99
4.3.2 考慮尾跡影響的PakB葉柵流動分離的數(shù)值研究 103
4.3.3 考慮尾跡影響的PakB葉柵流動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)的流動控制研究 108
5.1 布置單個/單排球窩的平板流動實驗與數(shù)值研究 108
5.1.1 布置單個球窩的平板流動實驗和數(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的大渦模擬 115
5.2 球窩控制PakB葉柵流動分離的數(shù)值研究 122
5.2.1 研究對象及數(shù)值方法 122
5.2.2 無球窩控制時PakB葉柵穩(wěn)態(tài)流動特性 124
5.2.3 采用球窩進行流動控制時PakB葉柵穩(wěn)態(tài)流動特性 125
5.3 結(jié)論 128
6 振蕩撲翼的推進特性及能量采集研究 130
6.1 高頻俯仰撲翼推進特性研究 130
6.1.1 研究對象及數(shù)值方法 130
6.1.2 撲翼振型 131
6.1.3 小振幅時俯仰撲翼推進特性研究 132
6.1.4 大振幅時俯仰撲翼推進特性研究 134
6.1.5 非正弦振型對俯仰撲翼推進特性的影響 137
6.1.6 彎度對俯仰撲翼推進特性的影響 141
6.2 沉浮撲翼推進特性研究 142
6.2.1 沉浮撲翼振型 142
6.2.2 研究工況 142
6.2.3 不同振型對沉浮撲翼推進特性的影響 143
6.3 采用新型俯仰振型的撲翼推進特性研究 146
6.3.1 新型俯仰振型 146
6.3.2 網(wǎng)格和時間步無關性驗證 147
6.3.3 運動參數(shù)對新型俯仰撲翼推進特性的影響 148
6.3.4 非正弦振型對新型俯仰撲翼推進特性的影響 153
6.3.5 翼型形狀對新型俯仰撲翼推進特性的影響 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 名義攻角對撲翼能量采集效果的影響 164
6.4.4 有效攻角變化模式對撲翼能量采集效果的影響 168
6.4.5 非正弦俯仰振型對撲翼能量采集效果的影響 172
6.4.6 非正弦沉浮振型對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動對撲翼能量采集效果的影響 177
6.5 結(jié)論 178
參考文獻 180
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