增强高超声速化学反应流数值计算的稳定性方法

针对高超声速化学反应流数值模拟中包含源项对角化雅可比矩阵的数值格式稳定性很差的问题,在对采用上下对称的高斯-赛德尔(LU-SGS)格式的离散方程进行线性稳定性分析的基础上,提出一种依据流动状态对流场的块网格进行局部加密的方法,以增强流场数值计算稳定性。在高超声速流场中,对包含激波后亚声速高温区域的块网格给予加密,而其他区域中的块网格可以适当进行网格粗化或保持不变。算例结果表明,相比于初始网格,局部加密后的改进网格并不会产生过多的网格量,而且能够采用较大的柯朗-弗里德里奇-列维(CFL)数以达到数值求解过程中稳定计算和快速收敛的目的。

壁面扰动对超声速湍流边界层拟序结构的影响研究

本文研究了壁面扰动对来流马赫数为2.0的超声速湍流边界层中相干结构和湍流输运的影响.通过对直接数值模拟数据的分析,本文讨论了与动量和热传输相关的物理量的瞬时分布和谱特性.研究发现,壁面扰动在增强动量和热传输方面发挥重要作用,其在近壁区域引起了与壁面扰动波长及其谐波长度尺度的能量湍流脉动.同时,壁面扰动也激发了大尺度运动,其长度尺度为湍流边界层厚度,这是由壁面扰动和某些尺度的湍流运动之间的非线性相互作用所致.壁面扰动还引起了较强的密度和压力脉动,通过改变声速面而穿透边界层,保持等熵的特性向自由流辐射.在此过程中,稳态壁面扰动被湍流扭曲,从而具有了多尺度和多频率的特征.