高超聲速鈍錐邊界層穩(wěn)定性特征.pdf

1、本論文利用一般正交曲線坐標(biāo)系下的拋物化穩(wěn)定性方程(PSE)和高精度激波裝配法，開展了高超聲速鈍錐邊界層穩(wěn)定性特征的研究工作，主要研究成果及創(chuàng)新如下：
　　 (1)對高精度激波裝配法提出了一種改進的并行算法，提高了該方法的并行求解效率，擴大了應(yīng)用范圍，同時構(gòu)造了七階緊致迎風(fēng)有限差分格式用于逼近對流項，以提高方法的分辨率．通過對鈍錐繞流問題的驗證計算表明，本文的計算結(jié)果與他人結(jié)果[87，108]吻合的很好，因此，當(dāng)前的數(shù)值方法有效、

2、可靠，能夠用于模擬來流中10-5-10-4量級的小擾動演化問題．
　　 (2)發(fā)展了基于一般正交曲線坐標(biāo)系的拋物化穩(wěn)定性方程及其計算軟件，該軟件包括線性PSE和非線性PSE兩個求解器。與直接數(shù)值模擬(DNS)相比，該方法不僅便于對邊界層內(nèi)擾動波的演化特征進行分析，而且降低了至少一個數(shù)量級的計算時間。算例表明，該方法的結(jié)果與DNS以及線性穩(wěn)定性理論(LST)的結(jié)果吻合甚好，驗證了其可靠性．
　　 (3)細(xì)致地分析了壁溫對球

3、頭半徑為3.81×10-3米，半錐角為7°的高超聲速鈍錐邊界層穩(wěn)定性的影響，得到如下有意義的結(jié)果：
　　 i)DNS結(jié)果表明，壁溫變化顯著地影響高超聲速鈍錐邊界層內(nèi)廣義速度拐點沿壁面法向的數(shù)量和位置；LST分析表明，降低壁溫加速第二模態(tài)不穩(wěn)定波的增長，同時抑制了第一模態(tài)擾動的增長．向下游推進中，當(dāng)?shù)刈畈环€(wěn)定的第二模態(tài)擾動頻率逐漸降低，且增長率持續(xù)增大；當(dāng)?shù)刈畈环€(wěn)定的第一模態(tài)頻率先升高，然后又有所降低，且增長率也持續(xù)增大．壁溫越低

4、中性曲線越靠后，且第一模態(tài)推后的比第二模態(tài)更嚴(yán)重．由此可見，壁溫對高超聲速邊界層穩(wěn)定性有顯著的影響．
　　 ii)當(dāng)來流中加入10-4的小擾動時，DNS表明下游290頭半徑左右的壁面擾動幅值與壁溫之間沒有單調(diào)變化關(guān)系，對于冷卻壁存一個臨界溫度T∈(280,375K)，當(dāng)壁溫低于Tc后，冷卻壁時的擾動幅值大于絕熱壁的情況，反之，結(jié)論相反。這一結(jié)論與Stetson[79]的實驗基本一致。
　　 iii)在中性曲線下分支處，壁

5、面壓力擾動的感受性系數(shù)的分布表明，壁溫越低，感受性系數(shù)也越小．低頻擾動波的感受性系數(shù)大約在(0.1，0.2)之間，而高頻擾動波的情況大約在(0.7，0.8)之間．
　　 iv)用線性PSE分析了不同壁溫情況下小擾動的演化特征，結(jié)果表明，壁溫變化顯著影響流向波數(shù)、擾動增長率和擾動幅值的變化特征.在壁面特定位置以前，壁溫越低波數(shù)越小，當(dāng)大于這個值以后，結(jié)論相反；降低壁溫使第二模態(tài)增長率增大；且壁溫越低最終擾動幅值越大．