《以激波、湍流和剪下層為主要特徵的複雜流動機理研究》是依託中國科學技術大學，由楊基明擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：以激波、湍流和剪下層為主要特徵的複雜流動機理研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：楊基明
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對以高超聲速飛行為背景的流動環境，伴隨有激波、邊界層、混合層、湍流及其相互作用等極其複雜的流動現象，採用實驗、數值模擬和理論分析密切結合的方法，在完善和發展靈活多變的實驗模擬與精細測量、高效高精度與大規模數值計算方法和平台的基礎上，深入開展激波/邊界層、激波/湍流、分離流動等複雜流動機理研究，分析和總結這些複雜作用對高超聲速飛行器升阻力特性、發動機推力性能等的影響機制和規律，探索有效控制和提高效能的途徑，為新一代高超聲速飛行器的研發提供概念指導和方法支撐。
結題摘要
項目工作首先關注基礎性的超聲可壓縮湍流邊界層流動特性、高超聲速激波干擾、射流與超聲速來流相互作用、渦環與固壁相互作用等複雜流動現象和機理的揭示，進而結合航空航天需求背景，還研究了以高超聲速前體/進氣道為典型代表的激波/邊界層干擾、進氣道起動、激波振盪等工程套用中倍受關注的問題。主要成果可概括如下： (1) 研究了超聲速湍流邊界層流動在速度梯度不變數空間的拓撲結構演化和可壓縮效應的影響。研究表明：與不可壓縮區相比，壓縮區的流體通常更穩定，膨脹區的流體通常更不穩定；可壓縮性會增強湍流的耗散，流體膨脹時通常比壓縮時耗散更強。 (2) 研究了超聲速來流中的橫向脈衝射流問題。研究發現，脈衝作用使剪下層捲起的渦結構尺度增大，脈衝主導了射流的演化頻率，增加了流向積分尺度，穿透深度有明顯的增加，脈衝射流能在近場位置有效地增加混合面積，從而提高混合效率。 (3) 開展了高超聲速進氣道激波振盪研究，高時間解析度的流場展示了高背壓引起的進氣道激波振盪周期內波系的演化過程。研究表明：高背壓非定常流動與激波/邊界層干擾的耦合作用是影響激波振盪的流態和頻率特性的關鍵因素。 (4) 提出了一種V形鈍化前緣構型並成功開展相關的激波干擾特性研究。研究發現, 高超聲速來流條件下，V形鈍化前緣不僅會出現多種複雜的波系干擾結構, 而且局部熱流會出現數量級的上升, 達到與第IV類激波干擾相當的程度；此外，傳統的加大鈍化半徑的方法可能會反而惡化局部熱流。該成果可望為將來新型高超飛行器研究提供關鍵基礎支撐作用。 相關研究工作所發表的論文包括J. Fluid Mech. 3篇和Physics of Fluids 、AIAA Journal、Journal of Spacecraft and Rockets等知名期刊在內的SCI論文19 篇，航空學報、推進技術等EI論文12篇，以及其它中文核心期刊、博士學位論文、國際和全國性學術會議論文共72篇。
