《高超音速凹壁面邊界層流動轉捩的模式研究》是依託清華大學，由王亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高超音速凹壁面邊界層流動轉捩的模式研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：王亮
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
準確預測由層流向湍流的轉捩過程是高超聲速飛行器的設計一個關鍵問題。利用G?rtler失穩機制，飛行器的進氣道設計為凹壁面以促進發動機內部的流動轉捩。本課題首先將通過高精度求解非線性穩定性方程，掌握高超聲速凹壁面邊界層流動G?rtler失穩的基本特性。接下來擬建立並驗證一個包含G?rtler失穩機制的新型轉捩/湍流模式，使其能夠合理地模擬進氣道內流動的轉捩過程。最後，套用先進的數值計算方法，進行完整的高超聲速飛行器內/外流動的精細模擬，分析關鍵參數的影響，為相關設計提供參考。
結題摘要
準確預測由層流向湍流的轉捩過程是高超聲速飛行器的設計一個關鍵問題。利用Görtler失穩機制，飛行器的進氣道設計為凹壁面以促進發動機內部的流動轉捩。為了掌握高超聲速凹壁面邊界層流動Görtler失穩的基本特性，本課題在穩定性分析、數值模擬方法、關鍵幾何影響參數以及流動控制等方面開展了詳細的研究。 線上性穩定性理論框架下，首先探究了 M = 4.5邊界層內 Görtler模態離散譜的激發和演化過程。結果表明，曲率（凹面）對F模態和S模態的同步起促進作用；提高展向波數則會抑制上述同步。接著，系統性研究了壓縮性對 Görtler渦二次失穩的影響。在亞聲速和中等超聲速條件下（馬赫數M = 0.015, 1.5, 3.0），起主導作用的 Görtler模態為附著於壁面的 W 模態；而在高超聲速流動中（M = 4.5, 6.0），最不穩定 Görtler 模態為脫離於壁面的T模態。上述馬赫數的影響隨著擾動向下游演化、發展，表現出更大的影響。Görtler渦通過 lift-up 機制產生條帶（G 型條帶）。 進一步，我們將條帶套用於流動控制。針對 M = 4.5, 6.0 的高超聲速邊界層，採用非線性 PSE 研究了K型條帶和G型條帶與二維擾動的相互作用。當條帶強度在合適的範圍，即足夠大而改變邊界層流動同時足夠小而不觸發二次失穩，第一模態和Mack第二模態都可以被有效抑制。另一方面，根據G型條帶的指數增長特性，本文提出了一種基於最不穩定Görtler渦的粗糙單元設計方法，用於促進流動轉捩。 最後，建立並驗證了一個包含Görtler失穩機制的新型轉捩/湍流模式，使其能夠合理地模擬進氣道內流動的轉捩過程。發展了先進的數值計算方法，進行了高超聲速飛行器內/外流動的精細模擬，分析了關鍵參數的影響。
