超声速钝板熵层不稳定性的研究

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  对于超声速飞行器的设计,层流-湍流转捩是必须要考虑的问题,也是流体力学研究的热点话题。在超声速飞行条件下,飞行器钝头体附近产生弓形激波。当气流穿过激波后引起熵增从而形成熵层,该熵层向下游流动,则将包围着飞行器表面,从而增加表面气动热流。因此研究熵层的流动稳定性,对于飞行器气动热防护的设计具有实际意义。
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通过直接数值模拟手段研究了统计定常的三维近似均匀剪切湍流的脉动特性。沿剪切方向采用自由滑移边界条件,通过施加体积力驱动流动。空间离散采用谱方法:Galerkin-Tau方法,流向和展向采用Fourier级数展开,法向采用Chebyshev多项式展开,采用高阶分裂法进行时间积分。同已有实验和数值模拟结果的对比表明计算的准确性,考察流场能谱和脉动速度均方根等脉动特征,进一步,计算时空关联函数,考察时空
本文采用涡面场(VSF)方法研究了粘性可压缩Taylor-Green流的涡结构演化特性。通过不同马赫数Ma下的可压缩Taylor-Green流直接数值模拟并结合VSF方法研究发现:对于弱可压缩(Ma<1)流动,VSF演化与不可压缩流动大致相同,流场中具有典型的扭曲管状涡结构;对于强可压缩(Ma≥1)流动,由于激波的作用,耗散率极大值出现时间远先于不可压流,流场中的管状涡结构较为平直。此外,VSF方
边界层中不稳定波的产生是层流-湍流转捩过程的第一阶段。本文采用直接数值模拟(DNS)方法,研究了自由流中的二维声波与三维粗糙元相互作用而激发Tollmien-Schlichting(T-S)波的感受性问题。在本文的数值模拟中,计算域入口的扰动选取Orr-Sommerfeld (O-S)方程的连续谱解的一个分支。由于该分支扰动的色散关系与声波相同,因而被认为可以代表边界层对自由流中声波扰动的响应。
在线性稳定性理论框架下,本文首先探究了Ma=4.5边界层内G(o)rtler模态离散谱的激发和演化过程.结果 表明,曲率(凹面)对F模态和S模态的同步起促进作用;提高展向波数则会抑制上述同步.当曲率和展向波数同时存在,F模态与S模态仍可能发生同步而产生Mack第二模态,但扰动最终发展为G(o)rtler模态.在靠近前缘位置,自由来流中的慢声波是激发非定常G(o)rtler模态的初始扰动,熵、涡波则
本文利用渐近理论求解了不可压边界层对于壁面局部振动的线性感受性问题。在分析中选取了特定形式振源使得其产生的扰动波可以和中性曲线下肢的TS(Tollmien-Schlichting)波产生共振,可以激发出不稳定模态。在振源附近,建立并求解三层结构(Triple-Deck)方程得到了壁面处的解析解。通过分析这个解,得到了在距离局部振源足够远的下游地方的扰动波的行为,得到了对应的感受性系数随着振源频率的
羽流广泛存在于自然界和工业应用中。本文利用二维数值模拟的方法研究了不同瑞利数下开口腔上的羽流流动现象和特征。结果 表明,不同瑞利数下开口腔上的羽流在初始和充分发展阶段的流态具有显著差异。随瑞利数的变化开口腔上羽流在充分发展阶段存在由对称到非对称、定常到非定常流动的演化。通过进一步的数值监测,揭示开口腔羽流的传热传质特性。
自然和工程领域存在广泛的多相湍流问题,例如,形状各异的细菌或微生物在空气或水中的运动、雾霾天气中雾霾颗粒的运动和扩散以及造纸和纺织中纤维的输送等,因此研究湍流中颗粒的运动具有重要的实际意义,同时,湍流中的颗粒运动特性研究也是湍流基础研究的热点课题之一。本文采用Jeffery方程数值模拟亚Kolmogorov尺度的非规则颗粒在均匀各向湍流中的旋转特性。数值模拟结果表明:首先,颗粒的旋转能(旋转角速度
“密度界面(density interface)”广泛分布于大气、海洋与其它地球物理流体中.本文将Batchelor and Proudman (1954)“快速畸变理论(Rapid Distortion Theory)"应用于研究“非湍流层(non-turbulent layer)"/"湍流层(turbulent layer)”的密度界面对湍流的影响.基于Carruthers and Hunt
使用LES数值仿真超声速平面混合层,在保证速度比、密度比不变条件下,通过改变入口的总压来实现雷诺数的改变。对比不同雷诺数条件下速度混合层厚度、标量混合层厚度、标量混合率。获得雷诺数对速度混合层、标量混合层、标量混合率的影响规律。
高马赫数飞行时,飞行器头部会产生激波,自由流扰动先与激波作用,激波后的扰动再通过一定的感受机制进入边界层。因此,自由流扰动与激波的相互作用是高速边界层感受性问题中不可缺少的一环。本文暂不考虑反射,采用直接数值模拟方法研究了熵波、涡波与斜激波的相互作用,给出了激波后各扰动的特性和激波前后扰动的幅值之比。数值结果和理论符合很好。研究发现,当激波后流动为超声速时,入射角度为-90°到90°时,波后激发快