斜激波与内凹半圆柱面无粘相互作用

针对三维内转式进气道流动中激波入射内凹壁面主导的复杂波系干扰问题,采用斜激波入射内凹半圆柱面的简化构型,在来流马赫数为6的条件下,通过无粘数值模拟结合理论分析,研究了激波角β_(i)=14°~29°的斜激波在内凹半圆柱面反射形成的三维流场。结果表明,流场对称面均会出现显著高于二维情况的逆压梯度。当β_(i)≤25°时,从侧壁到对称面,斜激波经历了从马赫反射(MR)到规则反射(RR)的转变,形成了MR-RR型流场,转变点处产生的桥激波向对称面延伸,桥激波在对称面反射后产生的压力峰值高于二维斜激波反射;当β_(i)≥25°时,斜激波在侧壁和对称面均发生马赫反射,形成了MR-MR型流场,两种马赫反射分界点处产生的桥激波向侧壁发展,侧壁气流在对称面相撞后产生的压力峰值高于正激波后的压力;当β_(i)=25°时,流场存在MR-RR型和MR-MR型双解现象。通过降维分析理论,揭示了两类流场中转变点和分界点的形成机制,并厘清了桥激波的产生原因和初期演化特征。当β_(i)≥18°时,无粘激波干扰所主导的侧壁气流加剧向对称面汇聚,并在对称面附近产生流向涡对。无粘分析获得的认识,有助于揭示内转式进气道中流动汇聚和流向涡对等现象的形成机理。

激波诱导的燃烧粉尘云边界层的结构

足够强的激波扫过铺有可燃粉尘的界面时，波后形成燃烧的粉尘云边界层。为揭示其内部结构，本文对该现象进行了实验和理论两个方面的研究。理论计算表明燃烧粉云边界层可分为三个区域：诱导区、反应区和扩散区，诱导区的粉尘浓度最高，计算获得的粉尘云轮廓和点火延迟与实验结果基本吻合．

二维高超声速进气道内激波-边界层相互作用

在多级压缩二维高超声速进气道中,激波边界层相互作用在前后两级压缩面交界的折角处会诱发壁面流动的分离,导致分离泡的产生.压缩面折角位置产生的激波与唇口处边界层相互作用,同样会诱发明显的壁面流动分离.这些分离现象均存在较为明显的动态特征和空间结构上的不稳定性,对进气道内流场及起动性能存在一定的影响.这里主要利用改进的高速纹影系统对二维二级压缩进气道内的流动结构进行观测及分析,揭示了分离流动的细节结构以及演化过程.在此基础上,采用改变壁面粗糙度以促进边界层转捩、壁面添加扰流器促进边界层内掺混流动等措施改变边界层流动状况,观察边界层控制对分离流动的影响,并取得了初步的结果.

直流放电控制高速带斜坡锥体气动力的有效性研究

基于直流放电激波重构气动力控制原理,开展了带斜坡锥体模型的高速(Ma=6)气动力控制风洞试验,采用光纤天平技术,考察了模型在两种放电功率(284 W和517 W)下的气动力/力矩变化情况,并采用纹影成像研究了放电对流动拓扑的影响。纹影图像揭示了由于放电热阻塞和马赫数降低引起的波系重构现象,表现为放电诱导压缩波和再附激波弱化、角度减小。天平信号验证了放电使得模型的轴向力、法向力和俯仰力矩减小,放电功率较大时控制效果明显。通过求解带功率密度源项的Navier-Stokes方程模拟放电的加热效应,数值研究了模型气动力随功率密度的变化规律及加热位置对控制能力的影响。研究表明:模型气动力变化率与功率密度呈正相关;当以激励器的上游位置为参考点时,俯仰力矩变化显著;当加热位置靠近斜坡时,控制能力降低。

高超声速侧压式模型进气道不起动特性分析

对某典型高超声速侧压式进气道三维流场进行了数值分析 ,就壁面压力分布、波系结构和近壁流谱图与实验结果进行了比较 ,计算反映了流动的基本特征。分析了在不同来流马赫数下的流动特征 ,随着来流马赫数的减小 ,激波角增大 ,压缩波在通道内的反射次数增加 ,而强度逐渐减弱 ,总压恢复系数逐渐增大。当马赫数减小到一定数值时 ,在等直隔离段入口出现喉道截面 ,进一步减小来流马赫数 ,流量阻塞 ,引起压力升高 ,波系向进口方向移动 ,波后出现亚声速流场 ,进气道不起动。同时还发现当不起动现象发生时 ,由于波后分离包的存在 ,在进气道的进口前形成向后倾斜的激波而不是正激波。本文还提出了一种确定不起动马赫数的方法。

利用Ghost Fluid方法模拟激波与柱形界面相互作用

利用GhostFluid方法(后面简称Ghost方法)和γ model方法,在同样的时空离散精度条件下,对激波与柱形界面相互作用的二维可压缩流场进行了直接模拟,并与实验结果相比较.从模拟结果看,在短时间内,Ghost方法和γ model方法模拟的结果与实验结果基本相同,两种方法均正确地模拟出界面的位置、激波的强度和速度.但随着时间的发展,具有较大数值耗散的γ model方法的计算结果与实验差别越来越大;而数值耗散较小的Ghost方法能较为正确地模拟界面的运动.

交叉激波湍流边界层干扰问题数值模拟

基于RANS方程,采用有限体积法离散计算区域,对流项使用Harten TVD格式进行流场求解,湍流部分应用Menter SST两方程湍流模型,建立了隐式LU-SGS方法的三维CFD计算程序,数值模拟了来流马赫数4.96条件下的18°×18°对称双楔产生的交叉激波/湍流边界层干扰问题,计算了不同剖面沿展向压强分布以及流场的详细结构,并将计算结果与相关文献的实验与计算结果进行了比较。

Richtmyer-Meshkov失稳的数值模拟

利用五阶迎风紧致差分格式加群速度控制方法对激波与轻气体柱形界面的干扰问题进行直接数值模拟 ,并研究了涡量的产生及其发展和界面的变形 ,分析了柱形界面的失稳过程 ,得知在线性发展阶段 ,重气体以恒定的速度进入到轻气体中 ,并形成尖钉结构 ;在非线性发展阶段 ,在尖钉头部的两侧形成一对旋转方向相反的涡结构 .同时证实了激波与界面的相互干扰有助于增加混合 .并将所得的数值解与实验结果进行了比较 .

基于RSM模型的管内正激波/附面层干扰数值分析

使用RSM湍流模型对来流Ma=1.68矩形等截面管道内的正激波/附面层干扰流动进行了三维数值模拟,将计算结果与实验数据和k-ωSST模型计算结果进行了分析比较。结果表明,由于考虑了流动各向异性,RSM模型计算结果能够捕捉到流场横截面中的二次旋涡流动,相对k-ωSST模型更为准确地模拟了壁面及角流区附面层流动形态和分离特性,与实验数据吻合的更好。分析激波串第一道"λ"激波在壁面角流区的激波分叉结构发现,激波串在壁面的作用下,在管道内的上下壁和侧壁附近都会发生激波分叉现象形成三维"λ"激波;其中第一道"λ"激波的前腿激波会在近壁处二次发生激波/附面层干扰作用,形成范围较小的新的"λ"分叉激波。

激波与边界层干扰研究综述

综述了激波与边界层干扰的研究工作 ,其内容涉及定常激波 -边界层干扰的一般特性、气动加热、理论研究、数值模拟以及非定常激波 -边界层干扰的若干问题。

二维超音速激波风洞及其应用

简述了二维超音速激波风洞的设计要点和性能，并给出在该风洞中低凸台诱导激波和湍流边界层相互作用的实验结果。实践表明：在被驱动段和喷管之间安装一个前缘光滑的矩形剖面短管道；并将二维喷管精加工成型，就能获得实验所需的均匀超音速气流。

三维激波／附面层相互作用的起始分离预测

给出了一种预测三维激盘／附面层相互作用诱导的流动起始分离的方法。研究结果表明：激波与附面层相互作用所诱导的二次流动是影响起始分离的重要因素。当来流相对马赫数大于１．５时，强的激波／附面层相互作用可能导致跨音风扇转子叶尖区域的流动分离。

变高度圆柱诱导的激波边界层干扰

采用分区方法及Roe三阶流通量差分分裂格式求解雷诺平均N－S方程，湍流附加黏性系数用Baldwin－Lomax模型计算，数值模拟了高超声速条件下变高度圆柱诱导的激波边界层干扰，其流场的主要特性均与实验结果一致或规律相同，结果清晰地展示了流场结构以及气动载荷分布随柱高度的变化特征，并说明激波碰撞和旋涡运动都可能导致飞行器表面局部气动载荷的增加．

激波与堆积粉尘相互作用

实验中利用带示踪粒子的X光脉冲摄影和阴影摄影技术 ,成功拍摄了激波与堆积粉尘作用后粉尘内部的波系图像和波后卷扬粉尘云的形状 ,进而测得入射激波倾斜角、透射激波倾斜角和波后物质界面折射角。在此基础上 ,利用相关理论对该流场进行分析 ,确定出该堆积粉尘状态方程中的待定系数。

跨音速风洞试验的Re数修正

根据跨音速摄动理论和边界层方程，就二维翼型跨音速试验中由尺度引发的Ｒｅ数效应提出了一种修正方法．该方法能将Ｒｅ数为１０￣６量级下得到的试验数据外推至Ｒｅ数为１０￣７量级的情况。与直接在高Ｒｅ数设备中得到的数据对比，结果令人满意。

模拟高度复杂流动的自适应网格算法

提出一种基于对等弧分布律进行扭转修正的自适应网格算法。该方法将三维网格系统分裂为３个单方向自适应网格子系统，在计算中与主控方程的求解格式相耦合，交替地使用。应用所构造的算法结合ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ显式格式对喷流／绕流干扰流场进行了雷诺平均Ｎ－Ｓ方程模拟，给出了清晰的剪切层与激波波系结构。计算结果表明，该自适应网格算法可较大程度地提高ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式的分辨率。

用改进的ghost fluid方法模拟强激波与界面的相互作用

为了解决原来的ghost fluid方法在计算强激波和界面相互作用时界面附近出现的速度和压力振荡问题,对原来的ghost fluid方法进行了改进,通过在界面处构造Riemann问题并求出界面的压力和速度,ghost fluid流体的压力和速度分别用界面的压力和速度代替,ghost流体的密度通过熵常数外推得到。改进的ghost fluid保持了原来的ghost fluid的简单性,对一维强激波与气-气、气-液界面的相互作用问题以及射流问题进行了数值计算,得到了分辨率较高的计算结果。

具有无源控制空腔时正激波/湍流附面层干扰的数值模拟

采用雷诺平均Ｎ－Ｓ方程和Ｂ／Ｌ代数湍流模型计算了具有无源控制空腔时正激波／湍流附面层干扰流场。计算与实验结果的比较表明，本文方法可较准确地预测激波结构、激波与附面层干扰区流动基本特征及波后流动分离状态、激波位置、波前马赫数等参数。

抽吸激波管的性能分析与计算

为了减小由于反射激波和透射激波分叉引起的反射型激波风洞试验气体提前受到污染的现象,本文研究了一种新的具有抽吸的激波管流动,分析了抽吸缝的作用,给出了这种抽吸激波管性能参数的计算方法,同时还给出了反射激波与边界层相互作用引起的激波分叉的形状随抽吸量变化的计算公式。实验证实了边界层抽吸可以有效地减小激波与壁面边界层相互作用所产生的分离现象。计算与测量结果是一致的。

尖楔和半锥引起的激波/边界层干扰中相关特性研究

本文对于由尖楔和半锥等引起的后掠激波/边界层干扰中相关特性进行了实验研究。实验雷诺数Re=2.4×10~7/m,自由流马赫数Ma_∞=1.79,2.04和2.50。相关性研究的结果表明:在锥形干扰区域内,上游影响线和主分离线的斜率仅仅依赖于无粘激波强度,而无粘激波形状及湍流边界层特性对其影响不大。即在锥形干扰区域内,激波上游的流动特性主要依赖于无粘激波强度。