超音速尖錐-鈍錐邊界層穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)捩及湍流的研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，超音速、高超音速邊界層的轉(zhuǎn)捩與湍流問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。為了更貼近工程需要，本文以超音速、高超音速錐體邊界層為研究對(duì)象，用直接數(shù)值模擬（DNS）的方法研究了其穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)捩及湍流，并對(duì)用BL湍流模式計(jì)算錐體湍流邊界層進(jìn)行了研究，主要得到以下結(jié)論： 1.用攝動(dòng)法對(duì)小攻角尖錐邊界層的層流基本流進(jìn)行了簡(jiǎn)化計(jì)算，并通過(guò)擾動(dòng)演化的DNS與線性穩(wěn)定性理論結(jié)果的比較，證實(shí)了所用方法的可靠性。 2.通過(guò)

2、對(duì)馬赫數(shù)為6的高超音速零攻角尖錐邊界層轉(zhuǎn)捩機(jī)理的數(shù)值研究，得到與平板情況相似的結(jié)論，即平均流剖面穩(wěn)定性的迅速變化是breakdown過(guò)程的內(nèi)在機(jī)理，并且第一模態(tài)不穩(wěn)定波在此過(guò)程中起主導(dǎo)作用。 3.通過(guò)超音速鈍錐湍流邊界層的DNS，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)Van Driest變換后的平均速度壁面律與平均流剖面的相似性不受錐體效應(yīng)的影響；而與平板相比，鈍錐湍流邊界層內(nèi)的平均溫度較高，壓縮性較弱；鈍錐湍流邊界層內(nèi)雷諾應(yīng)力的分布規(guī)律，脈動(dòng)量的相關(guān)函數(shù)，

3、以及湍動(dòng)能方程中各項(xiàng)的貢獻(xiàn)與平板趨勢(shì)相同，錐體效應(yīng)的影響只表現(xiàn)在定量上。 4.通過(guò)BL湍流模式與DNS計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)二者給出的湍流區(qū)壁面摩擦系數(shù)基本吻合，但它們給出的熱力學(xué)量相差較大；BL模式計(jì)算的速度經(jīng)過(guò)Van Driest變換后，能很好地滿足不可壓縮湍流的壁面律，但是平均流剖面在有些地方與DNS結(jié)果有一定的差別；另外，BL模式所給出的轉(zhuǎn)捩判定準(zhǔn)則可能是針對(duì)某一風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)提出的，由于風(fēng)洞的背景湍流度比較大，它不適用于預(yù)測(cè)高