边界层转捩预测中的局部散射理论

发布时间：2024-04-08 22:47

　　随着航空航天技术的发展,工程上对转捩预测精度的要求越来越高。由于飞行器表面经常出现如粗糙元、台阶、缝隙等局部突变,而传统的基于光滑壁面边界层建立的转捩预测模型已无法满足精度要求。因而,发展考虑壁面突变影响的转捩预测方法有重要的实际意义。对于由边界层中模态扰动的累积所触发的自然转捩,局部突变通过局部感受性与线性模态的局部散射两种机制影响转捩位置,故可以通过在传统eN转捩预测方法的基础上引入这两种机制影响的方法建立新的转捩预测模型。为了量化这两种机制的影响,作者与其合作者们提出了一套通用的理论框架——局部散射理论。该理论框架采用大雷诺数渐近理论与有限雷诺数理论相结合的分析与计算方法,定量刻画局部散射系统的两个特征参数——局部感受性系数与透射系数,以预测在局部突变影响下转捩位置的改变量。文章综述了近年来局部散射理论的研究进展,重点展示了该理论在二维层流边界层中黏性与无黏两种失稳机制下的应用。

【文章页数】：13 页

【部分图文】：

图1边界层转捩的示意图[9]（略作修改）

当环境扰动的强度较低时，边界层转捩由模态扰动的失稳导致，这一过程包括如图1所示的四个阶段[9]。（a）在感受性（receptivity）阶段，自由流中的声波、涡波和熵波进入边界层并激发边界层中的不稳定模态；（b）激发出的不稳定模态在线性稳定性机制下呈指数规律增长；（c）当扰动累积....

图2局部感受性机制影响转捩的原理与中性曲线

在局部感受性机制下，不稳定模态的初始幅值将发生改变。图2展示了局部感受性机制影响转捩的原理，其中局部突变以小尺寸凹槽为例。如果壁面是光滑的，则边界层中某一频率下的模态扰动将经历如图2(a）中黑实线所示的先衰减后增长的过程。这是因为模态失稳是受雷诺数R影响的，而后者随着流向坐标x的....

图3线性模态局部散射机制影响转捩的原理与中性曲线

注意在线性模态的局部散射机制中，A0和A1的定义与局部感受性机制不同。当|T|>1时，不稳定模态被促进，则转捩提前，ΔN<0；反之不稳定模态被抑制，ΔN>0。若壁面上存在一系列局部突变，则总的ΔN为所有ΔN之和。新的转捩预测模型就是在传统的eN方法的基础上，根据公式（1）与公式....

图4局部散射问题的本质

局部感受性和线性模态的局部散射问题都可由图4的示意图表示。本质上，局部散射问题就是通过来流扰动和由局部突变引起的快变平均流的非线性作用而激发不稳定模态的过程。这里对于局部感受性问题，来流扰动表现为自由流中的声波、涡波或熵波；而对于线性模态的局部散射问题，来流扰动表现为上游的不稳定....

本文编号：3948927