“湍流結(jié)構(gòu)的生成演化及作用機理”已被列為國家的一項重大研究計劃，其中涉及的一些關(guān)鍵科學(xué)問題能為航空、航天、航海等領(lǐng)域重大運載裝備的研制及大氣環(huán)境治理等重要工程領(lǐng)域提供科學(xué)理論與方法。因而，近年來在湍流結(jié)構(gòu)領(lǐng)域涌現(xiàn)出眾多成果。對湍流相干結(jié)構(gòu)進行拓撲研究，并進行定量分析，是該領(lǐng)域的一項重要內(nèi)容。本書內(nèi)容即以此為著手點，著重關(guān)注壁湍流相于結(jié)構(gòu)和從相干結(jié)構(gòu)的角度探索超疏水壁面湍流減阻機理這兩項內(nèi)容。準(zhǔn)流向渦、發(fā)卡渦、高低速條帶、噴射和掃掠事件等都是壁湍流相干結(jié)構(gòu)的重要形式，分析這些相干結(jié)構(gòu)流體動力學(xué)行為及其內(nèi)在聯(lián)系，對人們深入地認識湍流、了解湍流減阻機理具有重要作用。本書詳細論述了以下內(nèi)容：
　�。�1）鑒于發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)在近壁湍流中的重要作用，深入了解單個發(fā)卡渦的動力學(xué)行為及多個發(fā)卡渦的相互作用，對于理解湍流邊界層中復(fù)雜的動力學(xué)行為具有重要意義�，F(xiàn)階段，發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)已為人們所熟知，數(shù)值模擬方法可以得到發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)、先進流動顯示技術(shù)，也可觀測到真實發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)，但通過實驗手段定量地研究發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域仍鮮有報道。書中嘗試通過合成射流裝置在層流／湍流邊界層中定量地測量發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)，并對其結(jié)構(gòu)進行分析，以彌補相關(guān)領(lǐng)域?qū)嶒烌炞C的空白，并為多個發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)間相互作用的試驗研究提供創(chuàng)新建議。
　�。�2）發(fā)卡渦、高低速條帶、噴射、掃掠等相干結(jié)構(gòu)之間具有緊密的聯(lián)系，同樣高低速條帶之間的生成演化也具有復(fù)雜的動力學(xué)關(guān)聯(lián)。流向上高低速條帶的間隔區(qū)域相干結(jié)構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)就比較復(fù)雜，其相互影響的機理仍不清楚。利用Tomo-PIV測得的湍流邊界層瞬時三維三分量速度矢量場數(shù)據(jù)庫，對流向上高低速條帶的間隔區(qū)域進行拓撲分析后，給出了高低速條帶在流向上交替分布的內(nèi)在機理。
　�。�3）近些年超疏水壁面湍流減阻是一個研究熱點。本書將從相干結(jié)構(gòu)的角度介紹其減阻的動力學(xué)機理。通過對比實驗，在流展向平面上識別、提取并分析了低速條帶結(jié)構(gòu)、反向旋轉(zhuǎn)的法向渦結(jié)構(gòu)，在流法向平面上則重點研究了展向渦結(jié)構(gòu)的傾角、發(fā)卡渦渦包結(jié)構(gòu)等。此外，還介紹了展向渦結(jié)構(gòu)在流場中向下游遷移演化的研究工作。通過這些拓撲結(jié)構(gòu)信息和展向渦向下游的遷移演化規(guī)律，試圖重建發(fā)卡渦渦包模型來解釋超疏水壁面減阻的內(nèi)在機理。