超声速层流/湍流压缩拐角流动结构的实验研究

在Ma=3.0的超声速风洞中,分别对上游边界层为超声速层流和湍流,压缩角度为25和28的压缩拐角流动进行了实验研究.采用纳米粒子示踪平面激光散射(NPLS)技术获得了流场整体和局部区域的精细结构,边界层、剪切层、分离激波、回流区和再附激波等典型结构清晰可见,测量了超声速层流压缩拐角壁面的压力系数.从时间平均的流场结构中测量出分离激波、再附激波的角度和再附后重新发展的边界层的增长情况,通过分析时间相关的流场NPLS图像,可以发现流场结构随时间的演化特性.实验结果表明:在25的压缩角度下,超声速层流压缩拐角流动发生了典型的分离,边界层迅速增长失稳转捩,并引起一道诱导激波,流场中出现了K-H涡、剪切层和微弱压缩波结构,而超声速湍流压缩拐角流动没有出现分离,湍流边界层始终表现为附着状态;在28的压缩角度下,超声速层流压缩拐角流动进一步分离,回流区范围明显扩大,诱导激波、分离激波向上游移动,再附激波向下游移动,分离区流动结构复杂,相比之下,超声速湍流压缩拐角流动的回流区范围明显较小,边界层增长缓慢,流场中没有出现诱导激波、K-H涡和压缩波,流动分离区域的结构也相对简单,但分离激波的强度则明显更强.

对流传热场协同原理在高速可压缩边界层流动中的推广

应用理论分析方法对适用于不可压缩层流与湍流流动的对流传热场协同原理进行了可压缩层流与湍流流动上的推广。分析结果表明,与不可压缩流动的对流传热场协同原理不同,可压缩层流与湍流的对流传热取决于流动当地单位体积的动量与总焓梯度的协同。用当地单位体积的动量与总焓梯度的协同研究可压缩流动的壁面传热问题,对层流热流,不但计及了高速流动的密度变化对热流的作用,而且包括了静焓梯度、压力梯度、壁面分子黏性剪切效应对热流的影响;对湍流问题,除了高速流动的密度变化、压力梯度、壁面分子黏性剪切效应对热流的影响外,还计及了雷诺剪切应力对热流的作用。另外,对黏性影响不能忽略的不可压缩流动的对流传热问题,用速度向量与总温(总焓)梯度协同更精确。