超声速边界层中的模态转换及壁温影响效应

对于马赫数大于4的超声速边界层,Mack第二模态起主导作用。根据感受性的研究,生成第二模态的一个重要途径是,边界层内的快模态在下游演化过程中因相速度“同步”而发生模态转换。采用数值方法研究了超声速平板边界层中快模态到第二模态波的模态转换过程,通过定义模态转换系数和模态转换区间,建立了适用于多个不同壁面温度条件下的模态转换系数和转换区间与扰动频率之间的模型公式。在此基础上,基于线性稳定性理论,发展了包含模态转换过程的扰动演化的计算方法,并采用抛物化稳定性方程进行了验证。结果表明,在较广泛的壁面温度条件下,该方法可以准确计算包含快模态到第二模态转换过程的幅值演化。该方法由于考虑了第二模态的生成机制,比原有的基于线性理论的转捩预测方法更加具有物理依据。