高超音速零攻角尖锥边界层转捩的机理

先计算出高超音速零攻角尖锥边界层的定常层流流场．然后在计算域的入口引入两组有限幅值的T-S波扰动,对空间模式的转捩过程进行了直接数值模拟．分析了转捩过程的机理,发现平均流剖面稳定性的变化是其关键．并进一步讨论了不同模态初始扰动在高超音速尖锥边界层中的演化规律．     

超音速边界层中二维扰动的演化及小激波的产生

通过直接数值模拟的方法,对二维超音速边界层中扰动的演化进行了研究．以某一剖面作为入口,加入T-S波,研究小扰动波逐渐增长的演化过程．发现了扰动非线性演化的特征．探讨了二种判断激波存在的方法,证实了超音速边界层中当扰动达到一定的幅值时会有小激波出现．为建立可压缩流稳定性非线性理论提供一定的依据．     

非传播孤立波及其相互作用的数值模拟

通过数值求解由Miles导出的目前公认的的非传播孤立波的控制方程——一个带复共轭项的非线性立方SchrLdinger方程,对非传播孤立波进行研究。讨论了Miles方程中的线性阻尼系数α的值,计算表明,线性阻尼α对形成稳定的非传播孤立波影响很大,Laedke等人关于非传播孤立波的稳定性条件只是一个必要条件,而不是充分条件。模拟了两个非传播孤立波的相互作用,数值模拟表明,两个波的作用模式依赖于系统的参数,对不同的初始扰动及其演化的计算表明,只有适当的初始扰动才能形成单个稳定的非传播孤立波,否则扰动可能消失或发展成多个孤立波。     

PSE在超音速边界层二次失稳问题中的应用

用抛物化稳定性方程（PSE）研究超音速边界层中的二次失稳问题．结果显示无论二维基本扰动是第一模态还是第二模态的T-S波,二次失稳机制都起作用．三维亚谐波的放大率随其展向波数和二维基本波幅值的变化关系与不可压缩边界层中所得类似．但是,即使二维波的幅值大到2％的量级,三维亚谐波的最大放大率仍远小于最不稳定的第二模态二维T-S波的放大率．因此,二次失稳应该不是导致超音速边界层转捩的主要因素．     

二维超音速混合层增强混合的研究

数值模拟了二维超音速混合层在入口处引入T-S波和在低速部分加入沿流向的振荡这两种不同的激励方式后流动的演化.结果表明，对于对流Mach数小于１的超音速混合层，两种方法均可增强混合，而加入振荡比引入T-S波更为有效.对加入振荡方式，还系统计算分析了各种参数对混合的影响.     

亚声速热射流声源模型的应用

对亚声速转捩热射流中失稳波相关的噪声产生机制进行了研究,并与冷射流中的结果进行了对比.基于时均大涡模拟(LES)流场,通过求解线性抛物化稳定性方程(LPSE)得到了失稳波的空间演化特性,然后基于LPSE的解与声比拟方法构建了射流的线性及非线性声源模型.LPSE结果表明,加热可以提高失稳波的空间增长率,使其更早达到饱和.由线性模型分析可知,加热会提高高频模态的声压级(SPL).与冷射流相比,热射流中线性模型预测的声压级与大涡模拟结果间的差距更小,表明线性机制在热射流中作用更大.在亚声速冷射流中,非线性模型在之前的研究中已经被证明可以提高声辐射效率.在当前热射流中,发现非线性模型与大涡模拟间的声压级差距被进一步的缩小,且温度相关的声源项在声辐射中发挥更重要的作用.     

非线性薛定谔方程的平均向量场方法

利用平均向量场方法(AVF)对非线性薛定谔方程进行求解, 在理论上得到了一个保非线性薛定谔方程描述的系统能量守恒的AVF格式, 再分别用非线性薛定谔方程的AVF格式和辛格式数值模拟孤立波的演化行为, 并比较两个格式是否保系统能量守恒特性. 数值结果表明, AVF格式也能很好地模拟孤立波的演化行为,并且比辛格式更能保持系统的能量守恒.     

关于求解非线性耦合Schrodinger 方程的 Sonnier - Christov 格式

该文对求解非线性耦合Schrodinger方程的Sonnier-Christov格式进行了数值分析, 证明了格式关于L₂范数的稳定性和二阶收敛性, 运用Brouwer不动点定理证明了差分解的存在唯一性, 给出一个求解非线性差分方程组的迭代算法并证明了算法的收敛性, 最后对双孤立波的碰撞进行了模拟.     

非线性中立型延迟积分微分方程单支方法的稳定性分析

本文研究求解R(α,β1,β2,γ)类非线性中立型延迟积分微分方程单支方法的数值稳定性,结果表明:在一定条件下,A-稳定的单支方法是数值稳定的,强A-稳定的单支方法是渐近稳定的,最后的数值试验验证了所获理论的正确性.     

超音速平板边界层转捩中层流突变为湍流的机理研究

采用空间模式,对来流Mach数为4.5的平板边界层转捩过程做了直接数值模拟．对结果进行的分析发现,在层流-湍流转捩的突变(breakdown)过程中,层流剖面得以快速转变为湍流剖面的机理在于平均剖面的修正导致了其稳定性特征的显著变化．虽然在层流下第2模态T-S波更不稳定,但在层流突变为湍流的过程中,第1模态不稳定波也起了重要作用．     

脉冲波作用下的高超音速非定常流动模拟及影响研究

采用高阶精度有限差分方法模拟了快声波脉冲扰动作用下的高超音速非定常流场,分析了脉冲波与高超音速流场的相互干扰,并应用Fourier频谱分析研究扰动波在边界层的发展．结果表明:来流脉冲扰动波与激波及边界层强烈相互作用,弓形激波明显向内弯曲,激波后扰动波被显著放大;来流扰动波与弓形激波干扰形成的边界层外的扰动波和近壁面内形成的边界层扰动波存在明显分界．钝锥头部参数扰动幅值要远大于其他位置参数扰动幅值．在边界层内的发展阶段,一些扰动模态持续增长,一些扰动模态被过滤掉,不再增长,甚至衰减,而也有一些扰动模态先衰减再增长．总的来说,在钝锥头部低频扰动模态为主导模态,随着扰动从流场上游向下游发展,总扰动模态中的低频模态成份和高频模态成份所占的比例开始转变,高频模态成分显著地增大．     

Free boundary effects on stability of two phase planar fluid motion in annulus. Part I: Migration of the stable mode

We study the linearized stability of a planar dynamical model describing two-phase perfect fluid circulating around a circle with a sufficiently large radius within a central gravitational field. The model is associated with the spatial and temporal structure of the zonally averaged global-scale atmospheric longitudinal circulation around the Earth. Two cases are studied separately; in the first one, the simulations were carried out using the rigid lid approximation at the upper boundary of the outer atmospheric layer. In the second one, the free boundary nonlinear conditions (kinematic and dynamic) were assumed on the outer atmospheric layer. For the both cases, a certain family of steady, explicit solutions which have circular streamlines was considered. The governing equations were linearized at these solutions to find the typical wave numbers of the interfacial wave perturbation to the basic state at which the destabilizing effect of shear, which overcomes the stabilizing effect of stratification, occurs. It is shown that for the both cases, the model always have the same two potentially unstable wave modes while there always exist two wave modes which are stable for any wavelengths. The behavior of the stable and unstable modes were compared for the both cases to investigate the effects of the free boundary on the mixing process at the interface.     

抛物化稳定性方程在可压缩边界层中应用的检验

用抛物化稳定性方程（PSE）,研究了可压缩边界层中扰动的演化,并与由直接数值模拟（DNS）所得进行比较．目的在检验PSE方法用于研究可压缩边界层中扰动演化的可靠性．结果显示,无论是亚音速还是超音速边界层,由PSE方法和由DNS方法所得结果都基本一致,而温度比速度吻合得更好．对超音速边界层,还计算了小扰动的中性曲线．与线性稳定性理论（LST）的结果相比,二者的关系和不可压边界层的情况相似．     

自由流中涡扰动的边界层感受性的数值研究

用直接数值模拟的方法研究平板二维边界层对自由流中涡扰动的感受性．在自由流涡扰动与壁面凸起物的相互作用下，在边界层内找到了激发出来的Tollmein-Schlichting(T-S)波，证实了感受性现象及其中波长转变机制的存在．数值模拟得到的T-S波幅值与自由流扰动幅值、凸起高度及矩形凸起物长度的关系，与实验测量所得一致．则由此确定的感受性线性关系式的适用范围亦与实验所得相符．     

Resonant Transfer of Energy between Nonlinear Waves in Neighboring Pycnoclines

The interaction of weakly nonlinear, long internal gravity waves in neighboring pycnoclines is studied. Two coupled equations which describe the evolution of the wave amplitudes are derived. These equations are shown to possess three conserved quantities. The numerical results demonstrate the existence of two types of periodic nonlinear wave solutions when mode-two waves propagate along each pycnocline with nearly equal speeds. The energy transfer between these resonant waves is discussed for two pycnocline separations.     

超声速边界层中小幅值T-S波的数值研究

对来流马赫数Ma_∞=45的平板边界层中,幅值A分别为来流速度的0.01,0.001,0.0001倍的扰动波传播的物理过程进行了直接数值模拟。计算采用NND格式。模拟中发现即使扰动幅值尚小时,流场中即已出现小激波。     

Nonlinear evolution of a first mode oblique wave in a compressible boundary layer: I. Heated/cooled walls

The nonlinear stability of an oblique mode propagating in atwo-dimensional compressible boundary layer is considered underthe long wavelength approximation. The growth rate of the waveis assumed to be small so that the ideas of unsteady nonlinearcritical layers can be applied. It is shown that the spatial/temporalevolution of the mode is governed by a pair of coupled unsteadynonlinear equations for the disturbance vorticity and density.Expressions for the linear growth rate show clearly the effectsof wall heating and cooling, and in particular how heating destabilizesthe boundary layer for these long wavelength inviscid modesat O(1) Mach numbers. A generalized expression for the lineargrowth rate is obtained and is shown to compare very well fora range of frequencies and wave angles at moderate Mach numberswith full numerical solutions of the linear stability problem.The numerical solution of the nonlinear unsteady critical layerproblem using a novel method based on Fourier decompositionand Chebyshev collocation is discussed and some results arepresented.     

微极热弹性无限板的轴对称自由振动

研究了在应力自由和刚性固定边界条件下,无能量耗散的均匀、各向同性微极热弹性无限板的轴对称自由振动波的传播,导出了相应的对称和斜对称模态波传播的闭合式特征方程和不同区域的特征方程.对短波的情况,应力自由热绝缘和等温板中对称和斜对称模态波传播的特征方程退化为Rayleigh表面波频率方程.根据导出的特征方程得到了热弹性、微极弹性和弹性板的结果.在对称和斜对称运动中计算了板的位移分量幅值、微转动幅值和温度分布,给出了对称和斜对称模式的频散曲线,并示出了位移分量和微转动幅值和温度分布的曲线.能够发现理论分析和数值结论是非常一致的.     

Hydromagnetic stability of convective flow of variable viscosity fluids generated by internal heat sources

The stability of convective motion of a variable viscosity fluid contained in a vertical layer generated by uniformly distributed internal heat sources in the presence of a transverse magnetic field is studied. The viscosity of the fluid is assumed to depend on the temperature. The undisturbed steady state motion is assumed to consist of purely vertical motion with a nonlinear temperature distribution across the layer. The equations were solved by the spectral collocation method. The results show that thermal running waves are the most unstable modes and dominate the shear modes when the viscosity decreases.