流向彎曲壁面上的超聲速湍流邊界層特性是流體力學(xué)的重要科學(xué)問(wèn)題,掌握其規(guī)律對(duì)提升高超聲速飛行器設(shè)計(jì)水平有重要意義。國(guó)內(nèi)外在該問(wèn)題上的研究已經(jīng)持續(xù)了50余年,近年來(lái)隨著實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬能力的提高,在流向曲率的影響機(jī)理上取得了突破性進(jìn)展。本文系統(tǒng)梳理了流向凸曲壁及凹曲壁的超聲速湍流邊界層的演化機(jī)制,介紹了流向曲率、壓力梯度和體積膨脹/壓縮等關(guān)鍵因素的影響規(guī)律,總結(jié)了流向凸曲壁邊界層湍流衰減的特性與成因,以及凹曲壁邊界層中G?rtler不穩(wěn)定和逆壓梯度增強(qiáng)湍流的特性與成因。最后歸納其發(fā)展趨勢(shì),為下一步開(kāi)展彎曲壁超聲速湍流邊界層研究提出了建議。 

【文章來(lái)源】：空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,38(02)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：12 頁(yè)

【部分圖文】：

5（a）逆壓梯度作用下湍流邊界層中的類湍流型湍流渦斑（TUTs）結(jié)構(gòu)；（b）零壓梯度作用下湍流邊界層中的類湍流型湍流渦斑結(jié)構(gòu)[60]

近期，F(xiàn)laherty和Austin[72]對(duì)最高馬赫數(shù)達(dá)到7.45的高超聲速曲壁邊界層開(kāi)展了研究。紋影結(jié)果顯示，相較于平板邊界層，凹曲壁段的邊界層厚度可以看到明顯變薄的現(xiàn)象，如圖17所示。此外，他們還對(duì)不同曲率彎曲壁面的近壁熱流進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)量，結(jié)果表面，相較于平板邊界層，凹曲壁能夠顯著提高壁面的換熱系數(shù)。并且他們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同曲率的邊界層，當(dāng)以流向偏轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)時(shí)，不同曲壁邊界層的壁面熱流數(shù)據(jù)分布具有自相似性，如圖18所示，這對(duì)于工程設(shè)計(jì)具有重要意義，意味著工程中可以基于壁面偏轉(zhuǎn)角來(lái)對(duì)彎曲壁面的表面熱流進(jìn)行估算。圖1 8 不同流向曲率邊界層的近壁熱流隨壁面偏轉(zhuǎn)角的變化[72]

圖1 7 平板邊界層和凹曲壁邊界層的紋影圖[72]邊界層時(shí)均和湍流特性的變化主要來(lái)源于流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化。對(duì)于凹曲壁超聲速層流邊界層，G9rtler渦的形成及其二次失穩(wěn)是邊界層轉(zhuǎn)捩的重要因素，符松課題組[6-7,10]采用穩(wěn)定性分析研究了超聲速層流邊界層在曲率影響下其中G9rtler渦的非線性增長(zhǎng)過(guò)程，如圖19所示，揭示了不同模態(tài)波的影響和作用機(jī)制。


本文編號(hào)：3413623