湍流边界层外区大尺度相干结构的理论模型及与实验的比较

本文基于流动稳定性理论,提出了一种解释湍流边界层外区大尺度相干结构产生机理的理论模型.将计算所得流线、等涡线分布及利用相干结构理论模型计算湍流边界层中平均温度分布的结果与实验比较,结果是比较满意的.     

湍流边界层近壁区单个相干结构的模拟 *

提出了湍流边界层近壁区单个相干结构的理论模型 .用数值模拟的方法研究了它们的演化 ,结果发现在很多方面它们与实验观测到的特性相符 .     

Numerical Investigation on Inviscid Instability of Streaky Structures in Incompressible Boundary Layer Flow

Numerical investigation is made on the effect of streaky structures in transition by inviscid linear disturbance equation with temporal mode. Several disturbances with different streamwise wave numbers were induced, and the evolutions with time step were received. It suggests that the exponential growth and periodic variation of the waves are in existence. As the streamwise wave number increases, the disturbance growth rate begins by increasing, reaches a maximum at around α=0.4 with a disturbance frequency of 0.2186 ＋ 0.001457i, and then decreases. Furthermore, the eigenfunctions of pressure disturbance are plotted.     

带展向曲率的超音速混合层中扰动演化的研究

超音速混合层的流动不稳定性较之亚音速或不可压的混合层大大减弱,为了提高混合效率, 通过数值模拟的方法分别研究了展向曲率、展向速度、来流马赫数等因素对混合效率所 起的作用. 计算结果表明：在给定展向速度的情况下,带有展向曲率的三维混合层,曲率越 大三维扰动增长率越大,而且法向的卷起范围也越大. 当展向曲率不为零时,展向速度的增 大也能有效地增强混合能力. 由流场中的高频扰动波产生的涡,在向下游发展过程中会有破 碎、拉伸,低频扰动波没有发现这一现象. 对于有展向曲率和展向速度的混合层,提高来流 马赫数时,流场中最不稳定扰动的增长率仍很大. 因此,这是一种提高混合层混合效率的新 途径.     

混合层强化混合的数值研究

受 Ｗａｎｇ ＆ Ｆｉｅｄｌｅｒ（１９９７）的实验的启发，采用高阶精度的差分格式，通过数值模拟的方法，研究了二维混合层及限于两平板间的二维混合层（二维受限混合层）入口处加振动对提高混合层混合效率的作用．计算结果表明：对二维混合层，振动的频率越低，在混合层中产生的大尺度涡结构的尺度越大，在频率很低时，涡具有相似性；对限于两平板间的二维混合层，在一定的振动频率下，混合层中产生的涡较大而且破碎得也较好，这将有利于混合．这一结论与 Ｗａｎｇ ＆ Ｆｉｅｄｌｅｒ（１９９７）的实验观测到的结果是一致的．     

Mechanism of transition in a hypersonic sharp cone boundary layer with zero angle of attack

Firstly, the steady laminar flow field of a hypersonic sharp cone boundary layer with zero angle of attack was computed.Then,two groups of finite amplitude T-S wave disturbances were introduced at the entrance of the computational field,and the spatial mode transition process was studied by direct numerical simulation (DNS) method. The mechanism of the transition process was analyzed.It was found that the change of the stability characteristics of the mean flow profile was the key issue.Furthermore,the characteristics of evolution for the disturbances of different modes in the hypersonic sharp cone boundary layer were discussed.     

超音速尖锥边界层中扰动演化特征的数值研究

采用高精度紧致格式, 对超音速尖锥边界层中二维扰动的空间演化, 进行了直接数值模拟．结果表明,虽然尖锥边界层流动存在一定的锥面法向速度,但小扰动的幅值及相位的演化都与由平行流假设得到的线性理论结果吻合．还研究了有限幅值扰动的演化,给出了其演化规律．并在扰动幅值增长到一定值时,发现了小激波．     

锥体效应对超音速湍流边界层统计特性的影响

通过直接数值模拟,计算了空间模式下,来流马赫数为2.5, 半锥角为$5^{\circ}$, 零攻角的绝热钝锥湍流边界层,研究了湍流的统计特性,并把结果与超音速平板湍流边界层和马赫数为6的高超音速钝锥湍流边界层的结果进行了比较,重点定量地考察了锥体效应对边界层湍流统计特性的影响. 研究发现,锥体效应对平均温度剖面以及压缩性的影响是显著的;而其它统计量,比如速度壁面律、雷诺应力的分布和湍动能各项的贡献等,受锥体效应的影响很小.      

超音速后掠椭圆柱横流定常涡的不稳定特性及转捩预测

实验发现,一定条件下超声速后掠圆柱的前半圆上可能发生定常涡引起的转捩.为了模拟高空超音速飞行器后掠翼前缘,以无限展向长度后掠椭圆柱为模型,基于eN方法,根据积分的N值,分析了迎风轴长度、Reynolds(雷诺)数、后掠角和Mach(马赫)数等参数的变化对超音速后掠椭圆柱横流定常涡不稳定性的影响.研究结果表明,后掠椭圆柱的迎风轴长度增加,会使横流定常涡的不稳定性增强;Reynolds数增大,使横流定常涡模态的不稳定性增强;不稳定性的强度与Reynolds数的大小为近似线性关系;飞行高度增加,Mach数变大,使横流定常涡的不稳定性变弱;后掠角在一定范围内的变化对横流定常涡的不稳定性影响不大.这些结果有助于提高对高空超音速飞行器翼前缘转捩机理的认识,为横流转捩预测提供理论指导     

对流动稳定性非线性理论中确定幅值演化方程系数的重新考虑*

求解扰动速度幅值的演化规律,是流动稳定性非线性理论的关键问题之一。现有的方法都只能用于准中性的情况,或其中有一定的人为因素。本文将给出解决这一问题新方法。