流向弯曲壁超声速湍流边界层研究进展

发布时间：2021-09-29 11:23

　　流向弯曲壁面上的超声速湍流边界层特性是流体力学的重要科学问题,掌握其规律对提升高超声速飞行器设计水平有重要意义。国内外在该问题上的研究已经持续了50余年,近年来随着实验测量和数值模拟能力的提高,在流向曲率的影响机理上取得了突破性进展。本文系统梳理了流向凸曲壁及凹曲壁的超声速湍流边界层的演化机制,介绍了流向曲率、压力梯度和体积膨胀/压缩等关键因素的影响规律,总结了流向凸曲壁边界层湍流衰减的特性与成因,以及凹曲壁边界层中G?rtler不稳定和逆压梯度增强湍流的特性与成因。最后归纳其发展趋势,为下一步开展弯曲壁超声速湍流边界层研究提出了建议。 

【文章来源】：空气动力学学报. 2020,38(02)北大核心CSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

5（a）逆压梯度作用下湍流边界层中的类湍流型湍流涡斑（TUTs）结构；（b）零压梯度作用下湍流边界层中的类湍流型湍流涡斑结构[60]

近期，Flaherty和Austin[72]对最高马赫数达到7.45的高超声速曲壁边界层开展了研究。纹影结果显示，相较于平板边界层，凹曲壁段的边界层厚度可以看到明显变薄的现象，如图17所示。此外，他们还对不同曲率弯曲壁面的近壁热流进行了详细测量，结果表面，相较于平板边界层，凹曲壁能够显著提高壁面的换热系数。并且他们发现，对于不同曲率的边界层，当以流向偏转角为横坐标时，不同曲壁边界层的壁面热流数据分布具有自相似性，如图18所示，这对于工程设计具有重要意义，意味着工程中可以基于壁面偏转角来对弯曲壁面的表面热流进行估算。图1 8 不同流向曲率边界层的近壁热流随壁面偏转角的变化[72]

图1 7 平板边界层和凹曲壁边界层的纹影图[72]边界层时均和湍流特性的变化主要来源于流场结构的变化。对于凹曲壁超声速层流边界层，G9rtler涡的形成及其二次失稳是边界层转捩的重要因素，符松课题组[6-7,10]采用稳定性分析研究了超声速层流边界层在曲率影响下其中G9rtler涡的非线性增长过程，如图19所示，揭示了不同模态波的影响和作用机制。


本文编号：3413623