由于大量的工程应用和内部机理的复杂性,湍流受到了研究界的广泛关注。湍流边界层中的拟序结构与动量、热量和质量的传递过程密切相关,为湍流的流动控制提供了重要的理论基础和技术思路。通过各种方法调控湍流拟序结构,可在实现强化传热目标的同时,最大限度地抑制流动阻力的增长,这对于降低能源消耗和提高能源利用率、保护环境具有重要的理论和实际意义。本文将微尺度方柱涡流发生器（MSCVGs）作为被动控制元件安装在矩形通道中,MSCVG的高度小于湍流边界层厚度。采用大涡模拟（LES）的数值方法研究了两种不同布置形式下MSCVGs诱导的尾流与湍流拟序结构的相互作用,进而深入讨论了MSCVGs对矩形通道流动和换热特性的影响。第一种布置形式中,将三排MSCVGs阵列布置于通道底面,MSCVGs阵列则分别采用顺排和叉排两种排列方式。MSCVGs在叉排和顺排两种方式中产生的尾流可以在边界层中分别充当“隔离带”和“隔离板”,用以调整和改变边界层中的湍流拟序结构。对于以顺排方式排列的MSCVGs阵列,由MSCVGs所诱导的尾流可以改善通道的传热性能,并获得减阻效果。而对于以叉排方式排列MSCVGs阵列,可使得通道的摩擦系数最多降低11.95%,而努赛尔数仅略有降低。布置有顺排或叉排方式排列的MSCVGs阵列的矩形通道的整体性能系数均都大于1,由此表明MSCVGs阵列可以增强通道的整体热性能。第二种布置形式是将两个MSCVGs分别横向布置于边界层的粘性底层、缓冲层、对数律区中的任意两个区域。两个MSCVGs能够在一定范围内破坏速度条带结构,从而改变速度条带的分布。同时,两个MSCVGs可诱导出更多大尺度涡结构。结果表明:在矩形通道横向布置两个MSCVGs增强了通道的换热性能并减少了壁面摩擦阻力。此外,两个MSCVGs与通道底面的距离是影响矩形通道中流动和换热特性的重要因素。当两个MSCVGs分别布置于通道的缓冲层、对数律区时,通道具有最好的减阻效果,壁面摩擦系数降低了3.78%。而当两个MSCVGs分别布置于缓冲层、对数律区时,强化传热的效果最显著,努赛尔数提高了14.79%,通道具有最佳整体性能。本文的研究结果表明:在矩形通道中布置MSCVGs会使得湍流边界层中粘性底层中的流体运动受到抑制,而对数律区中的流体运动则被增强,由此说明MSCVGs是一种很好的湍流控制元件。此外,两种布置形式下,矩形通道的整体性能系数均大于1,说明MSCVGs可改善矩形通道的整体流动与传热特性。