論文以超聲速曲壁邊界層為研究對象,綜合采用納米粒子平面激光散射(NPLS)、粒子圖像測速(PIV)和直接數(shù)值模擬(DNS),系統(tǒng)研究了流向凹曲率、逆壓梯度和流向凸曲率對邊界層的影響,并揭示了相關(guān)物理作用機(jī)制。論文首次在超聲速條件下通過實(shí)驗(yàn)直接觀測到了曲壁層流邊界層在轉(zhuǎn)捩過程中形成的G(?)rtler渦及其二次曲張不穩(wěn)定性。流向凹曲率會顯著促進(jìn)超聲速湍流邊界層中大尺度結(jié)構(gòu)的破碎;DNS結(jié)果顯示邊界層中渦結(jié)構(gòu)多集中分布于VLSMs區(qū)域。受曲率影響,VLSMs在曲壁段呈現(xiàn)出蜿蜒結(jié)構(gòu),渦結(jié)構(gòu)的分布密度會隨VLSMs的蜿蜒而有序變化。流向曲率效應(yīng)對過渡層、對數(shù)率層和尾跡區(qū)的影響明顯:過渡層面積增加;對數(shù)率層斜率減小,影響范圍整體外移;尾跡區(qū)強(qiáng)度增強(qiáng)。PIV和DNS結(jié)果均發(fā)現(xiàn)主應(yīng)變率在不同高度范圍內(nèi)沿流向有不同的變化趨勢,為此,論文提出并修正了邊界層的三層假設(shè),合理地解釋了主應(yīng)變率在邊界層中不同高度范圍內(nèi)沿流向變化趨勢不同的現(xiàn)象。湍流結(jié)構(gòu)的變化是導(dǎo)致邊界層時均和統(tǒng)計(jì)參數(shù)沿流向變化的主因,受流向曲率影響,邊界層中下洗事件明顯增強(qiáng),攜帶大量高動量流體直達(dá)內(nèi)層,一方面提高線性底層的速度梯度;另一方面增強(qiáng)...

【文章頁數(shù)】：166 頁

【學(xué)位級別】：博士

本文編號：3879672