近期，《Phys. Rev. Fluids》刊登了北京大学陈十一教授科研团队在高超声速边界层湍流方面的研究进展。论文题目为《等温壁面高超声速边界层湍流的可压缩性效应》（Compressibility effect in hypersonic boundary layer with isothermal wall condition）。

　　可压缩湍流广泛存在于各种工程问题和自然现象中，其中高超声速湍流边界层的流动机理因其在高超声速飞行器设计领域的重要指导意义而受到广泛关注。在此研究中，M8T1为极低温壁面温度算例，而M8T2为弱低温壁面温度算例。研究发现，壁面温度对流场涡量脉动强度的影响主要集中在近壁区。同时，可压缩边界层的可压缩性主要集中在近壁区，且低温壁面可以极大地增强近壁区的压缩性，并主要增强压缩运动。流向速度展现高速和低速条带结构，法向速度展现由上抛和下扫现象导致的斑点状结构。M8T1的条带结构相比M8T2更长更厚，同时条带的展向间距也要更大，表明低温壁面增强流向条带结构的相关性。法向速度的斑点状结构在M8T1中更弱，表明低温壁面减弱了法向方向的流动混合。流向和法向速度的剪切分量占主导，与不可压边界层的结构相似，而其胀压分量展现了展向的波纹状结构从左向右传播。同时，研究发现低温壁面会增强正的流向剪切脉动速度和负的法向胀压脉动速度，而对流向胀压脉动速度和法向剪切脉动速度的影响很微弱。

　　从速度-温度的相关系数沿法向分布（见图3）可以发现，在近壁面区域，低温壁面可以增强正的流向速度-温度相关系数，并抑制负的法向速度-温度相关系数。速度-温度相关系数在近壁面区域主要由速度的胀压分量主导，在远离壁面的区域主要由速度的剪切分量主导。

　　以上研究获得国家自然科学基金基础科学中心项目“非线性力学的多尺度问题研究” (基金号11988102) 资助。 论文链接：DOI: 10.1103/PhysRevFluids.6.054609

图3:流向和法向脉动速度及其剪切和胀压分量与脉动温度的相关系数随法向的分布。