平板边界层转捩机理和转捩预测方法的研究
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
- 项目参与者:罗纪生; 董明; 贾文利; 李佳; 于高通; 禹旻;
- 关键词:
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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