黏性/無黏干擾模擬

簡介

黏性/無黏干擾模擬是指大雷諾數的實際流動，流場可劃分為無黏流區和貼近物面及近尾跡區內的黏性薄層區，分別求解無黏流區和黏性流區並耦合兩部分的解，從而得到整個流場解。

背景

高超聲速流動常指隨著流動馬赫數增大，一些在較低馬赫數時並不顯著的物理現象逐漸變得越來越重要的流動，這些物理現象主要包括：

（1）薄激波層:飛行器前緣激波貼近物面，整個激波層可能與粘性邊界層相融合，且前緣激波可能打在飛行器突起物上發生激波/邊界層干擾和激波/激波干擾現象。

（2）熵層：在飛行器鈍前緣附近區域，在垂直於飛行器表面的方向存在較強的熵梯度，熵層向下游發展，可能影響著距頭部很遠的下游區域。

（3）高溫真實氣體效應:高超聲速氣流在穿越激波時受到強烈壓縮而引起急劇升溫，又在邊界層內受粘性阻滯而耗散為熱量，因此產生的高溫引起流體分子振動能激發、離解、電離以及輻射等現象，高溫真實氣體效應改變了流體特性，也影響著流體的運動規律。

（4）粘性干擾現象:高超聲速流動的一個標誌性的物理特徵，即隨著馬赫數增大和雷諾數減小，邊界層的厚度急劇增長，並對邊界層外的無粘流體產生位移效應，位移效應等效為物體的幾何外形變化，物體外形的變化進一步地影響著邊界層外的無粘流動，無粘流動的改變反過來又會影響邊界層的發展。這種邊界層與無粘流動之間的相互作用稱為粘性干擾現象。

雷諾數與黏性作用

雷諾數越小意味著粘性力影響越顯著，越大意味著慣性影響越顯著。雷諾數很小的流動，例如霧珠的降落或潤滑膜內的流動過程，其特點是，粘性效應在整個流場中都是重要的。雷諾數很大的流動，例如飛機近地面飛行時相對於飛機的氣流，其特點是流體粘性對物體繞流的影晌只在物體邊界層和物體後面的尾流內才是重要的。在慣性力和粘性力起重要作用的流動中，欲使二幾何相似的流動(幾何相似比n=Lp/Lm，下標p代表實物，m代表模型)滿足動力相似條件，必須保證模型和實物的雷諾數相等。例如，在同一種流體(即ρ相等)中進行模擬實驗，則動力相似條件為vm=nvp，即模型縮小n倍，速度就要增大n倍。

粘性流體的求解不僅和邊界條件有關，而且也和雷諾數有關。若雷諾數很小，則粘性力是主要因素，壓力項主要和粘性力項平衡；若雷諾數很大，粘性力項成為次要因素，壓力項主要和慣性力項平衡。因此，在不同的雷諾數範圍內，流體流動不同，物體所受阻力也不同。當雷諾數低時，阻力正比於速度、粘度和特徵長度；而雷諾數高時，阻力大體上正比於速度平方、密度和特徵長度平方。

黏性/無黏干擾模擬

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雷諾數與黏性作用

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