發(fā)布時(shí)間：2021-04-18 14:10

　　本文以超聲速及高超聲速飛行器內(nèi)流道中激波與湍流邊界層相互干擾（SWBLI）為研究對象,采用實(shí)驗(yàn)與大規(guī)模數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對超聲速湍流邊界層及SWBLI流場組織結(jié)構(gòu)和動態(tài)特征進(jìn)行了研究。研究中建立和實(shí)現(xiàn)了可壓縮湍流直接數(shù)值模擬方法（DNS）與大渦模擬方法（LES）,其中采用了具有無耗散特性的分裂式高階熵守恒形式的四階中心差分方法、并通過類TVD特征濾波處理實(shí)現(xiàn)激波間斷捕捉等;實(shí)現(xiàn)了‘?dāng)?shù)值濾波’和‘回收-調(diào)節(jié)’兩種非定常湍流邊界層生成方式,并實(shí)現(xiàn)了基于‘混合時(shí)間-尺度模型’和‘一方程模型’兩種亞格子模型的LES數(shù)值模擬方法;通過NPLS流場顯示和DNS數(shù)值模擬研究了超聲速湍流邊界層內(nèi)部擬序結(jié)構(gòu),基于空間自相關(guān)分析和條件統(tǒng)計(jì)確認(rèn)了速度條帶結(jié)構(gòu)的存在,并探討了其特征尺度分布,揭示了與速度條帶緊密關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)流向渦結(jié)構(gòu);基于粒子軌跡積分和有限時(shí)間Lyapunov指數(shù)（FTLE）方法提取了湍流邊界層內(nèi)部典型的拉格朗日擬序結(jié)構(gòu),揭示了湍流邊界層內(nèi)部湍流輸運(yùn)特征。分析了SWBLI流場與理論無粘激波反射中波系結(jié)構(gòu)及主流參數(shù)的差異,對比研究了不同入射激波強(qiáng)度下SWBLI流場時(shí)均波系結(jié)構(gòu)、邊界層形態(tài)及分離區(qū)... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：198 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

高超聲速飛行器上典型的SWBLI形式

[18]。圖1.2 反射式 SWBLI 流場結(jié)構(gòu)紋影顯示[49]及物理模型。根據(jù)入射激波作用強(qiáng)度的不同，反射式 SWBLI 可大致劃分為無分離和有分離兩種情形。實(shí)驗(yàn)觀測表明[47]，隨著入射激波的逐漸增強(qiáng)以及近壁初始分離區(qū)的形成，反射激波角度突然增大，總壓損失迅速增強(qiáng)，因而初始分離在無分離和有分離 SWBLI 之間形成了一個明顯的界限，標(biāo)志著 SWBLI 流場結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)性的變化。無分離 SWBLI 流場中結(jié)果相對簡單，邊界層通過自身的結(jié)構(gòu)變形即可實(shí)現(xiàn)與外部逆壓梯度的匹配，其邊界層底層亞聲速區(qū)的增厚導(dǎo)致壓縮波的產(chǎn)生，壓縮波在到達(dá)邊界層外側(cè)之前匯集為定常反射激波，整個流場結(jié)構(gòu)可近似通過無粘理論進(jìn)行

其具體表達(dá)式為： 3sin sin,sineG M 式 SWBLI 中為入射激波角，而在壓縮拐角流動中則流方向偏折角。無量綱化處理采用了初始分離形成所需的壓力躍升 *esep eP PS kP q 分離形成中無粘項(xiàng)起主導(dǎo)作用，因而其初始分離壓力2/ 2e e e U呈正比。Souverein 等人[53]整理發(fā)現(xiàn)參數(shù)一定關(guān)系，當(dāng)4Re 1.0 10 時(shí)可取 k 3.0，而當(dāng)Re 1.3 所示，幾何函數(shù) 3,eG M 的引入使得反射式 SW區(qū)尺度與波系后壓力躍升之間的對應(yīng)關(guān)系得到整合，始分離（灰）及分離（白）SWBLI 流場數(shù)據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]超聲速混合層時(shí)空結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 趙玉新.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008
[3]高超聲速進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)、計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 范曉檣.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006



本文編號：3145608