《高超聲速邊界層中粗糙元強制轉捩的機理》是依託天津大學，由董明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高超聲速邊界層中粗糙元強制轉捩的機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：董明
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由大粗糙元引起的高超聲速邊界層強制轉捩問題，是當前航天領域，特別是高超聲速吸氣式發動機研製者高度關注的流體力學問題。本項目以實驗數據為參照，對擾動在粗糙元尾跡流場中增長並觸發轉捩的整個過程進行數值模擬，並藉助前期對bypass轉捩的研究成果，從穩定性觀點出發，分析粗糙元強制轉捩的breakdown過程的關鍵機理。成果除了有科學價值外，對高超聲速吸氣式發動機進氣道的粗糙帶設計也有直接的幫助。
結題摘要
超聲速、高超聲速邊界層從層流到湍流的轉捩一直是高速飛行器設計中的重要問題。本項目以高超聲速大粗糙元強制轉捩問題為研究對象，用直接數值模擬的方法研究了粗糙元尾跡中的二次失穩模態從增長到非線性轉捩的過程，並重點分析了轉捩breakdown過程的關鍵機理——平均流剖面穩定性的迅速變化與高頻擾動的快速增長構成了一個正反饋系統。該工作是對低速流中旁路轉捩問題的推廣。該結果為高超聲速吸氣式飛行器前體進氣道的設計提供理論基礎，對抑制進氣道前的流動分離與增強燃燒室內燃氣混合有重要作用。 另外，本項目也研究了另外兩個與該問題相關的基礎問題。（1）二次失穩模態的感受性。該研究表明二次失穩模態是由自由流中渦擾動與非平行的條帶邊界層的非線性作用激發的，並給出了感受性係數的定量計算方法。該工作完善了旁路轉捩理論中的最後一個環節，為工程上轉捩預測問題奠定了理論基礎。（2）小粗糙元對自然轉捩的影響。提出了局部散射理論，用來描述小尺寸粗糙元等局部突變對自然轉捩的影響。該研究完善了工程上對自然轉捩的預測方法。
