声激励下的剪切流稳定性

受控小扰动对流动稳定性与流场结构的调制作用具有潜在价值,但机理和失稳过程目前尚未完全明确。采用格子Boltzmann数值方法,对声场扰动条件下平行剪切流失稳过程开展了直接模拟研究,探讨了流动失稳的机理。研究表明,点源声场作用下的剪切流失稳形式依赖于激励声波的波长—文中定义为长波模式和短波模式,声波振幅的空间分布不均匀性是剪切层失稳的重要诱因。在短波模式下,受多普勒效应影响,剪切层上下两侧声波叠加效应导致流动上游区域压力脉动的波包结构;该结构的波长与剪切层失稳波长匹配,诱导流动失稳发生。在长波模式下,剪切层上声源垂直入射区首先失稳,剪切层对声波反射的方向选择性导致声压波动振幅分布的对称性破缺,且失稳区压力波动波长随时间推进而逐渐减小。当该波长落入剪切层失稳波长范围内时,剪切层流动开始失稳。