剪切流动的扰动瞬态增长是其向湍流转捩的重要因素,相关问题广泛存在于工程实际问题中。本文旨在研究剪切流的扰动瞬态增长特性、瞬态增长对旋拧流非线性演化特性的影响以及剪切流扰动瞬态增长的反馈控制,主要工作包括如下几个方面:(1)基于最优扰动理论分析,分别研究了槽道弯曲、壁面吹吸以及表面张力等因素对于剪切流动扰动瞬态增长的影响。对弯曲槽道流最优扰动的研究表明,宽缝情况下扰动的瞬态增长被明显抑制;窄缝情况下瞬态增长特性与平面Poiseuille流定性一致;过渡区内瞬态增长对曲率变化不敏感,其大小与特征值谱对曲率的敏感性紧密相关。对带径向通流的Taylor-Couette流动最优扰动的研究表明,宽缝情况下径向流动的影响较大,强径向流动足以破坏轴对称扰动瞬态增长的lift-up机制,且总是使轴对称扰动占优;窄缝情况下,径向流动的影响较小,此时lift-up机制仍然是扰动瞬态增长的合理解释,径向流动不改变各波数模态之间扰动瞬态增长的相对大小。对核环流动(CAF)最优扰动的分析表明,轴对称模态下表面张力对短波扰动瞬态增长的抑制比长波更为明显,且周向波数的增加对长波扰动瞬态增长性质的影响更大。(2)采用柱坐标下的三维有限差分方法对亚临界旋拧流的非线性时间演化进行了研究。其结果表明,Oseen涡最优扰动时间发展的动力学过程可以分为三个阶段:能量线性增长、涡环和涡核相互作用、二次能量增长;进入非线性阶段,存在涡环对径向运动等动力学现象,而线性阶段扰动的充分放大对于这些现象的出现非常关键;而正则模扰动随时间持续衰减。对于Batchelor涡,旋拧度的增加有利于轴对称最优扰动时间演化中负周向涡量的产生和负涡环的形成;非轴对称最优扰动的时间发展过程中不会像旋拧射流的情况那样出现小尺度涡迅速产生的现象。(3)基于线性反馈控制分析,研究了壁面吹吸气对于Taylor-Couette流中扰动瞬态增长的抑制情况。其结果表明,轴对称情况下,壁面吹吸气对于窄缝情况扰动瞬态增长的抑制效果比宽缝情况更为理想。与径向通流不同,壁面吹吸气并不改变扰动瞬态增长的lift-up机制。在实验观察到的转捩参数下(非轴对称),壁面吹吸气所达到的瞬态增长抑制效果要明显好于轴对称的情况。与平面槽道流情况不同,轴向和周向壁面速度激励对最优扰动的时间发展影响很小,因而不能有效地抑制其能量增长。此外,直接数值模拟的结果证明了在非线性演化过程中非定常壁面吹吸气对扰动能量的抑制作用。