平板边界层转捩机理和转捩预测方法的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    10972156
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    32.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0901.湍流与流动稳定性
  • 结题年份:
    2012
  • 批准年份:
    2009
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2010-01-01 至2012-12-31

项目摘要

边界层转捩是飞行器典型流动的重要过程,转捩位置的准确预测不仅是转捩研究的重要课题,而且对高速机翼的设计、导弹的机动飞行和航天器的再入有重要的实际意义。. 目前预测转捩仍采用依赖经验的eN方法,由于其判据与流动状态有关,因此由一类流动得到的判据很难用于其它流动。而另一可行的方案是用抛物化稳定性方程(PSE)计算扰动演化,预测边界层转捩位置,但目前没有合适的转捩预测判据。. 直接数值模拟的结果表明,多类流动在转捩位置前,平均流的稳定性特征将发生根本性变化,波数空间的不稳定区域变得很大。本申请项目将利用这一特点,以平板边界层为典型流场,用非线性PSE计算扰动向下游的演化,深入分析转捩过程中平均流剖面的稳定性特征,给出一种能描述转捩位置的物理特征,为用PSE方法研究预测转捩位置提供判据,使PSE成为一种可行、简便、可靠的转捩预测方法。本研究具有重要的理论意义和应用前景。

结项摘要

层流到湍流的转捩是自然界和工程实践中广泛存在的现象,转捩位置的准确预测是流体力学研究的重要和实际课题。本项目深入分析边界层转捩过程中平均流稳定性特征的改变,给出了转捩位置物理特征的描述。在扰动演化的线性阶段,抛物化稳定性方程(PSE)的计算结果和DNS结果相符,在非线性阶段,扰动沿流向演化很快,PSE方法在转捩位置附近时计算会发散,此时也是壁面摩擦系数(Cf曲线)快速变化的起始点,由此可以定为PSE预测转捩的判据。. 在边界层转捩机理的研究中发现,与转捩直接相关的应该是三维波的快速增长,二维波起着辅助、促进的作用,即存在二次失稳机制。在超声速边界层中还存在一种斜波失稳机制,即一对三维波不需要二维波的激励,由于非线性作用而引起边界层失稳。对于低超声速边界层,斜波失稳是导致边界层转捩的主要因素;对于高超声速边界层,当二维波阈值达到0.1%时,二次失稳就可以导致边界层转捩,同样的幅值下斜波失稳可以激发边界层内的不稳定波,但不能导致边界层转捩。. 翼型边界层的转捩预测具有广泛的应用背景。本项目以二维翼型边界层为研究对象,建立层流边界层基本流求解模型,发展了二维曲面坐标系的PSE方程,给出了该方程的数值求解方法。研究表明小幅值情况下,曲率对边界内的扰动有稳定的作用,可以抑制高频扰动的产生从而推迟转捩。通过对翼型边界层的计算,发现翼型的顺压区对扰动具有稳定作用;而逆压区内的扰动变得很不稳定,更容易发生转捩。翼型边界层存在最不稳定的扰动波频率,该最不稳定频率随来流速度而变化,攻角会改变最不稳定波的频率,对转捩位置有明显影响。PSE计算得到的N值与理论和实验值一致。因此可以得出结论:PSE是有效预测机翼边界层转捩位置的工具。. PSE方法只解决了扰动如何演化,而如何估计初始扰动,外界扰动如何传入边界层而演变成边界层内的扰动,就涉及到感受性问题。用PSE方法与感受性理论结合研究声扰动的演化,可扩展PSE方法在扰动演化和转捩预测中的应用。本研究项目增加了这方面的内容。改进了PSE计算方法,得到符合慢声波特点的计算网格和上边界条件。利用可解性条件将慢声波向T-S波分解,分析慢声波是否能激发不稳定T-S波。基于感受性理论给出初始扰动,计算扰动向下游的非线性演化。发现扰动的增长与扰动的频率及展向波数有关,而增长的高频扰动并不完全是第二模态不稳定波。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(7)
专利数量(0)
Boundary layer transition prediction and stability analysis
边界层转变预测和稳定性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Aip Conference Proceedings
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Fang Y.H.;Tong C.C.;Yan Q.Q.
  • 通讯作者:
    Yan Q.Q.

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其他文献

非线性扰动方程研究平面混合层发声机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    空气动力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张程远;方一红
  • 通讯作者:
    方一红
基于扰动方程的超音速轴对称射流马赫波辐射研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    计算力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭娜;方一红
  • 通讯作者:
    方一红
超声速混合层气动声场的数值模拟. 空气动力学学报, 2019, 37(5): 770-776.
  • DOI:
    10.7638/kqdlxxb-2017.0123
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    空气动力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马利宇;方一红
  • 通讯作者:
    方一红
亚声速射流轴对称模态的声辐射研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    空气动力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋正旋;方一红
  • 通讯作者:
    方一红
超声速混合层中边频扰动的气动声场
  • DOI:
    10.13224/j.cnki.jasp.2019.05.011
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    航空动力学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李云航;方一红;赵磊
  • 通讯作者:
    赵磊

其他文献

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方一红的其他基金

超/亚声速射流噪声的机理研究和数值计算
  • 批准号:
    91852110
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    100.0 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划
湍流边界层相干结构的机理研究与数值模拟
  • 批准号:
    19802013
  • 批准年份:
    1998
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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