摘要
摘要
当前的工业发展强调绿色可持续，其核心观念是提高能源的利用效率。在
航空航海以及日常交通运输领域中，湍流边界层是最主要的阻力来源之一，研
发一种实用、可靠的降低粘性阻力的方法具有很高的经济价值。
湍流边界层近壁区域的自循环过程以及条带的上抛下扫，被证实与边界层
粘性阻力有紧密联系。干扰自循环中任意过程的进行，可以有效抑制猝发现象
的发生。等离子体激励器诱导生成的近壁区域大尺度流向涡便是依靠该原理实
现减阻。本实验设计了厚度低于边界层内的直立于壁面的微小叶片阵列，获得
了从叶片后缘产生尺度与叶片自身相当的流向涡。通过粒子图像测速法捕获叶
片尾缘下游5h,10h,20h的y-z平面涡量场，结果显示这种尾涡的初始强度可以
与等离子体展向射流诱导生成的流向涡相接近，这为参考等离子体壁面展向射
流的减阻机理提供了逻辑依据。被动控制法有简单可靠、无需能量输入的优点，
本文通过测力实验，证明了微小涡发生器阵列（Microvortexgeneratorarray，
MVG）作为被动控制装置具有一定的降低湍流边界层粘性阻力的能力。本研究
主要的测量技术是高灵敏度的浮动单元天平，测量面积为200mm×125mm，经
过杠杆对力信号的放大后，在实验中可分辨10-4N量级的摩擦力。
本研究研究了矩形叶片阵列，包括异向旋转型（Counter-rotating，CtR）以
及同向旋转型（Co-rotating，CoR）两种构型。对级间间距为50h的单级和双级
叶片阵列的控制效果差异进行了比较，测量了在较大的雷诺数范围里
（）该阵列对平板阻力值的影响。本研究中CtR型没有获得减阻
Re754~9332
θ
的结果，而CoR型在得到参数优化前取得2%减阻量。因为以往鲜有对涡发生
器减阻过程的研究，需要进一步研究CoR型的主要几何参数（展向间距Λ/h,
z
*
叶高h/δ,倾斜角α）对减阻能力的影响，优化后的CoR阵列取得6%的减阻量。
从总体上看，相比于单级控制，双级控制减阻效果更明显，单级控制仅在与微
小涡发生器附加阻力分离后才观察到减阻的案例。将附加阻力分离是指把叶片
自身形状的阻力从平板阻力中剥离，具体方式是将MVG阵列放置在上游风洞
底壁/衬套上。通过对比同一工况下耦合测量和解耦测量的结果，研究了MVG
在湍流边界层内的附加阻力与几何参数间的关系。
关键词：湍流边界层；粘性阻力；微小涡发生器阵列；参数研究
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摘要
Abstract
Themodernindustrydemandshighenergyconversionefficiency,whichkeeps
theenergysourcesustainableforhuman-being’sactivities.Inthefieldofaviation,
navigationanddailytransportation,turbulentboundarylayercontributesalarge
proportionofvehicledrag.EconomicandreliablecontroltechniquesforTBL
viscousdragreductionisprovedtobeeconomicbeneficial.Inthisstudy,apassive
frictiondragreductionme