近日，上海交通大學船舶海洋與建築工程學院的周岱教授研究團隊在美國物理聯合會（American Institute of Physics, AIP）主辦的流體力學領域國際權威期刊《流體物理》（Physics of Fluids）上，以「Modification of turbulent wake characteristics by two small control cylinders at a subcritical Reynolds number」（DOI: 10.1063/1.5046447）為題，在線發表了柱體尾跡湍流幹擾效應研究的新進展，成果作為主編精選（Editor『s Pick, EP）論文的首篇登載於該刊網站主頁。研究生閆亭為第一作者，周岱和包豔副研究員共同為通訊作者。
自然界和工程實際中廣泛存在鈍體繞流現象。流體流動經過鈍體，因流動分離和旋渦脫落而使鈍體承受周期性流體動力作用。這種動力作用可能誘發鈍體大幅度振動而減損其性能和壽命。與此相反，對海流能或潮流能的利用，通過激發流體流動引起的鈍體結構振動可獲取其周圍海流能或潮流能。圓柱做為典型鈍體，其繞流是研究上述互逆問題的流體力學經典物理模型。已有研究顯示，在近尾流區適當位置配置小徑圓柱體可有效控制主圓柱尾流性態及其發展；但對此問題的現有研究多集中於層流流動範圍，這與客觀不符。
尾跡湍流問題十分複雜。周岱研究團隊面向自然界和工程的客觀實際，針對亞臨界雷諾數條件，系統性量化揭示了兩個小徑圓柱體對主圓柱尾跡湍流特性的複雜幹擾效應和影響規律。通過精細化分析，發現湍流條件下小徑圓柱體對主圓柱水動力特性的影響與層流條件下的情形完全不同，小徑圓柱體對湍流強度的增強效應十分明顯，並顯著改變回流區的拓撲結構（見圖1）。主圓柱與小徑圓柱間的噴射流使剪切層湍流的轉捩猝發位置向前移動，導致雷諾應力的顯著增強和水動力特性的明顯改變（見圖2）。成果揭示的湍流條件下小徑圓柱體對主圓柱尾跡渦動力學特性的幹擾效應機理，對研究鈍體繞流的巧妙控制和有效利用具有重要的科學價值和應用意義。
圖 1 小徑圓柱體對主圓柱尾跡湍流特性的幹擾效應的可視化結果（三維和兩維尾跡渦結構）
圖 2 小徑圓柱體對主圓柱尾跡湍流特性的幹擾效應的量化結果（無控——有控）
該項工作已得到國家自然科學基金委、上海市科委和上海市教委等項目的資助。
論文連結：https://aip.scitation.org/journal/phf ，https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5046447