胡子俊，张 楠，姚惠之，杨子轩

（1中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 214082；2清华大学工程力学系，北京 100084）

1 引 言

涡是流体运动中一种常见的现象，在湍流研究的各个领域都具有重要的研究意义和实用价值，Küchemann[1]称其为流体运动的肌腱（the sinews and muscles of fluid motions，1965）。 在船舶工程领域，研究涡旋形式及其演化规律具有重要意义，因为阻力、噪声、空泡等问题都和涡有密切联系。尽管涡现象随处可见，但人们对于涡的认识尚处于起步阶段，到目前为止仍没有人能对涡给出一个严格的定义。Saffman（1979）[2]认为涡是以势流或物面为边界的有限体积的旋转流体，Lugt（1983）[3]则把涡称为是一群绕公共中心旋转的流体质点，Green（1995）[4]则说涡是涡量集中的区域，但是这些说法都是基于人们对涡的直观认识，没有严格的数学推导和证明，无法得到人们的公认，因而不能作为涡的准确定义，这就给涡的识别带来了极大的困难。由于缺乏准确的定义，涡的识别只能从涡的性质入手，经过研究人们总结出了涡具备的三条重要的性质：

（1）涡是涡量集中的区域；

（2）涡心处的压力极小；

（3）流体的变形可以分解为对称部分（应变率张量）和反对称部分（涡张量），存在涡的区域反对称部分的贡献占优。

基于这些认识，人们提出了各种涡的识别准则，Chong等人（1990）[5]提出了Δ判据作为识别涡的标准，Hunt等人（1988）[6]提出了 Q 判据，Hussain 等人（1993）[7]则提出了 λ2判据，这三种判据均由速度梯度张量的各个不变量组合而成，因而具有广义的伽利略（Galilean）不变性，这一点也被认为是涡判据的一个重要标准。……