【博引航标】优博微展2024 — 航空学院鲁雨晗《粗糙元诱导可压缩边界层转捩的机理与控制》

本文研究在国家自然科学基金、国家数值风洞工程等多个国家级重要课题的支持下，面向高速边界层中的粗糙元诱导转捩这一学术研究与工程应用领域的热点与难点问题，取得了一系列创新性成果。本文的主要贡献如下：

(1) 本文综合运用多种分析方法，建立了对于粗糙元诱导转捩机理的系统性认知，丰富了对该类型转捩过程的理解，也为转捩控制方法的设计提供了指导；

(2) 本文发现了此前粗糙元诱导转捩控制方法的致命缺陷，并针对此提出了新型的高效转捩控制方法，可以应用于高超声速飞行器表面以实现减阻降热；

(3) 本文首次开展了针对强壁面吹气促进粗糙元诱导转捩现象的研究，从而为基于壁面吹气的转捩控制方法的工程应用提供了进一步的指导。

本文结合直接数值模拟与模态分析及稳定性分析等多种方法，围绕可压缩边界层中粗糙元诱导转捩的机理与控制开展研究，并取得了一系列创新性成果：

(1) 针对孤立粗糙元诱导的可压缩边界层转捩问题，系统性地建立了从典型流场结构到尾迹稳定性特征再到扰动增长的联系；

(2) 发现了利用低矮粗糙元对孤立粗糙元诱导转捩进行抑制的方法在特定情况下完全失效的问题，并针对此提出了基于粗糙元上游与下游位置二维壁面吹气的粗糙元诱导转捩新型控制方法；

(3) 完整阐释了位于粗糙元附近不同位置的弱壁面吹气延缓转捩过程的机理，发现了过强的壁面吹气可以诱发新的不稳定性并促进粗糙元诱导转捩的现象，并基于流场结构与稳定性特征的变化探索了该现象背后的机理。

(1) LU Y H , ZENG F Z, LIU H K, et al. Direct numerical simulation of roughness-induced transition controlled by two-dimensional wall blowing[J]. Journal of Fluid Mechanics, 2021, 920: A28.

(2) LU Y H , LIU H K, LIU Z J, et al. Investigation and parameterization of transition shielding in roughness-disturbed boundary layer with direct numerical simulations[J]. Physics of Fluids, 2020, 32(7): 074110.

(3) LU Y H, LIU Z J, ZHOU T, et al. Stability analysis of roughness-disturbed boundary layer controlled by wall-blowing[J]. Physics of Fluids, 2022, 34(10): 104114.

(4) LU Y H, ZENG F Z, LIU H K, et al. Direct numerical simulation of roughness-induced transition controlled by two-dimensional wall blowing[J]. Journal of Fluid Mechanics, 2021, 920: A28.

(5) LU Y H , LIU Z J, SUN M, et al. Control of roughness-induced transition under the influence of inflow disturbance[J]. Acta Astronautica, 2022, 193: 110129.

博士研究生应当锻炼自身独立开展科学研究的能力，但这并不意味着单打独斗，交流与合作才是科研工作中永远的主旋律。在刚入学时，我的导师阎超教授就强调了沟通交流的重要性，而在后续的工作中，我也深刻的体会到了这一点。科研中的闪亮火花总是来自思想的碰撞，而困难与挫折则往往源于闭门造车。我是幸运的，在团队“人人为我，我为人人”的氛围下，在攻读博士期间我得到了身边众多老师与同学的帮助与鼓励。但我清楚这种氛围来之不易，需要每个人努力与付出。