压缩折角激波-湍流边界层干扰直接数值模拟

进行了来流Mach数2.9,24°压缩折角激波-湍流边界层干扰的直接数值模拟,在上游的平板添加扰动以激发边界层转捩到湍流.计算得到的统计结果与实验吻合,验证了结果的可靠性.分析了角部分离区附近湍能的生成、耗散及分配机制.结果显示角部区域激波与湍流边界层相互作用造成大量湍动能产生,而湍动能的主要耗散区仍在近壁.湍流输运项起到了主要的平衡机制,把湍动能由外层输运到近壁区.通过对激波后及壁面瞬时压力的分析,认为激波低频振荡并非上游扰动引起,而是由于分离泡本身不稳定振荡产生的.

超声速边界层中壁面抽吸对流动分离的抑制作用

当超声速或高超声速来流经过压缩折角时,由于壁面的位移效应,折角附近往往出现较强的逆压梯度,进而很可能导致流动分离,并伴随着激波与边界层干扰问题的出现.在工程应用中,流动分离会带来诸多不利因素.一个抑制流动分离的有效措施是在折角的上游引入定常的壁面抽吸单元.基于大Reynolds数渐近理论框架下的三层结构理论,文章研究了壁面抽吸抑制层流边界层分离的机理.研究发现,只要抽吸元被安置在折角上游O(R-3/8L)范围内,决定抑制效果的关键参数是抽吸的流量,而与抽吸元的位置无关;同时改变抽吸元的宽度和抽吸速度而保持抽吸流量不变并不影响其对分离区的抑制效果.

压缩-膨胀湍流边界层平均摩阻分解

采用直接数值模拟对来流马赫数2.9、24°压缩-膨胀折角构型中激波与湍流边界层干扰问题进行了研究。重点关注膨胀折角法向高度对激波干扰区以及下游平板边界层流动的影响。研究发现,当高度足够大时,激波干扰区内未受下游膨胀波的影响,此时的流动特征与传统的压缩折角干扰构型一致。高度较小时,脱体剪切层的再附过程受到下游膨胀波的加速影响,导致再附点向上游移动,分离泡发生剧烈收缩。对上、下游平板湍流边界层应用了平均摩阻分解技术,比较了湍流边界层在平衡和非平衡状态下的差异。分析发现,膨胀折角区域的高摩阻现象主要与摩阻分解后的C_(f1)项与C_(f3)项相关。高度变化对C_(f1)项影响较小,而对C_(f2)项影响显著。高度变化体现在:下游平板上Görtler涡结构强度以及层流化现象对C_(f2)项贡献的差异。