时间发展的二维混合层的物理分析和数值模拟

本文由四个部份组成。第一部份研究时间发展的二维剪切层流动的拓朴结构， 提出了以下拓朴规律：（１）沿零ｕ线。流线的结点和鞍点是交替分布的；流线的鞍点和结 点分别近似对应于压力值最大和最小的位置点：（２）压力值最大和最小的位置点是等压力 线的中心点或鞍点；（３）如果在零ｕ线上某点“０”，出现Ｖ_０（ｘ)０）＝０（）＝０，则流动 的拓朴结构出现分叉，当还有（）＝０时，出现两个涡的合并（＜０）或一个涡的消 失（（）＞０）。如果压力的极值点在某时刻ｔ_０满足Ｊ_Ｐ＝（）＋（）（）＝０和 （）≠０，则等压力线的结构出现分叉。第二部分是用数值模拟验证第一节的拓朴规律， 两者的一致性很好地得到证实。第三部分讨论用数值方法模拟时间发展的剪切层流态的演 化。第四部分是简单的结论。

高度欠膨胀声速射流的自相似特性

构建了高压气体射流模型和高分辨率的计算网格,对喷压比(NPR)为5.60、流动雷诺数Re为105量级的高度欠膨胀射流进行了三维大涡模拟(LES)计算.讨论了时均的射流近场结构,发现大涡模拟成功捕捉到了高度欠膨胀射流近场的典型波系结构,并与文献结果吻合较好.研究着重定量考察流向速度和氮气质量分数的分布规律,以揭示高度欠膨胀射流的自相似特性.结果表明:在射流核心区之后,不同流向位置上流向速度和氮气质量分数沿径向的分布呈现出与亚声速射流类似的自相似特性.但射流流场开始呈现自相似的位置仍然为超声速,这是高度欠膨胀射流自相似特性的独有特征.提出了高斯拟合公式,在靠近和远离射流中心线的区域内均可较好地表征射流的自相似特性.此外,还考察了射流剪切层的发展特征,比较了计算得到的射流剪切层增长率与先前实验测量结果的差异,并分析了其中可能的原因.

双涵道喷流大涡模拟及声源分析

采用大涡模拟(LES)方法计算内外涵道出口马赫数分别为0.7和0.63的双涵道喷管流动,分析内外剪切层的发展特性,研究了剪切层速度脉动的频谱及涡结构的互相作用。分析表明,两个剪切层内起始位置处的对流速度有较大的差异,但随着喷流向下游发展,内层的对流速度被外层流动减弱,阻碍了涡的迁移。运用声扰动理论对喷流近场涡声源项分布及频谱特性的分析表明,涡声源主要集中在内剪切层中,且以低频为主。沿着径向,涡声源项的峰值发生位置逐步向喷口靠近。