简化三方程转捩模型在高超声速流动中的应用

在雷诺平均方法的基础上,通过耦合k-ωSST湍流模型和间歇因子转捩模型,引入湍流模型和转捩模型的可压缩修正方法,对高超声速平板、双楔、尖锥三类模型边界层转捩流动开展了数值模拟研究。与实验结果的对比分析表明基于压力梯度表征参数T w=R TΩ/ω的简化三方程转捩模型,能够准确捕捉高超声速平板边界层流动的转捩起始位置、转捩区域长度以及湍流区壁面热流。而对于双楔、尖锥模型,改进前的简化三方程转捩模型由于受到流动可压缩效应的影响,边界层转捩后湍流区的壁面热流模拟预测结果明显高于实验值。在添加模型可压缩修正方法后,转捩区域长度和湍流区壁面热流模拟结果得到有效改善,与实验值吻合较好。可见,简化三方程转捩模型在添加可压缩修正方法后具备准确模拟预测高超声速边界层流动转捩的潜力。

自然循环窄矩形通道内单相水对流传热特性

为探究单面加热窄矩形通道内,单相自然循环对流传热特性,进行了实验压力为0.2 MPa和0.3 MPa,入口欠热度范围为35~60 K,加热功率范围为30~90 kW/m^2的单相对流传热实验。实验结果表明,对流换热系数与Gnielinski公式符合较好,92%的实验数据与公式的相对误差在20%以内。引入斯坦顿数(St),对数据分析发现:自然循环流动中,实验段入口欠热度及加热功率对换热能力有明显影响,换热能力随着入口欠热度的增加而减小,随着加热功率的增加而变大。在窄矩形通道内的向上自然循环流动中,通过提高入口欠热度而导致的浮升力增加会引起同向对流,从而使换热减弱;单面加热条件下,提高加热功率引起的横向热驱动力增加会使传热得到强化。

基于稳态射流控制的高超声速激波/湍流边界层干扰流动结构与非定常性研究

对稳态射流作用下马赫6高超声速压缩拐角激波/湍流边界层干扰流动开展了直接数值模拟研究.表面摩阻系数、壁面压力、平均速度和温度、边界层厚度和斯坦顿数的分布等结果表明,激波/湍流边界层相互作用区的流动发生了显著变化.研究发现,垂直壁面的稳定射流对抑制流动分离没有任何作用,反而增加了其空间尺度.瞬时流动结构表明,在施加流动控制后,可以观察到湍流增强效应,并出现大量的类Görtler涡结构,但主激波强度降低.使用加权功率谱密度分析壁面脉动压力信号,我们发现了一件有趣的事情:尽管稳定射流抑制了分离激波引起的低频振荡现象,但射流激波附近的壁面脉动压力以低于0.1u∞/δref的频率振荡.相干性和间歇性因子的结果表明,这与射流激波本身的往复运动有关.