考虑非平行性的可压缩弱非线性理论及其应用
发布时间：2021-12-31 12:48
横流失稳是三维边界层的重要失稳形式之一,其重要特征是横流扰动要经历较长的非线性饱和过程,而且在很多情况下,比如后掠翼、大攻角钝头体等,非平行性也是不可忽略的因素。基于线性稳定性理论（LST）的方法忽略了非线性与非平行性的影响,导致方法在横流失稳的转捩预测中失效;非线性抛物化稳定性方程（NPSE）计算耗时,不具有当地性,因此应用到复杂三维边界层中具有相当的困难。为了能够相对精确高效的预测横流扰动的演化情况,需要建立适当的预测工具,基于此目的,本文将不可压缩弱非线性理论（WNST）推广到可压缩空间模式,而且在流向展开的抛物化稳定性方程（EPSE）框架下建立了考虑非平行性的弱非线性理论（NEPSE）,本文给出了它们详细的推导过程,以及具体的求解方法。本文以亚音速无限展长后掠翼边界层为研究对象,采用WNST和NEPSE方法研究了后掠翼边界层中横流扰动的非线性演化特性,主要工作及结论如下:1、采用直接数值模拟（DNS）求解了后掠翼边界层的层流基本流场,分析了该流场特性。结果说明,排移厚度在机翼的前缘变化很大,有较强的非平行性。2、采用DNS研究了横流定常涡和非定常行进波的演化特性,获得了扰动的非...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同波矢方向投影的速度剖面分布
Fig 2-3 Coordinate transformation diagram.0 1 1 0 2 0 20 1 1 00 0 2 0 2cos sin cos sincos sincos sinc c tc c tc tu u v u u wv v u v vw w w w u (2-7其中 为 轴与 轴的夹角， 为 轴与 轴的夹角。用无穷远处的速度、温度及密度等值进行无量纲化，长度采用c 10-3进行无量纲化，得到的雷诺数记为Re，弦长雷诺数用Rec表示。若无特殊说明，文中上标带*的量为有量纲量，没有该上标的量为无量纲量。2.2.2 网格分布及边界条件外围计算域的选取及网格分布如图 2-4(a)所示，机翼上下壁面各布 400 个网格；法向布 260 个网格，为变间距网格，法向最小网格尺度为 0.02mm；展向布3 个网格。图 2-4(b)为机翼附近的局部放大图。
天津大学博士学位论文移绝热壁；外边界采用远场条件；展向长度布基本保持均匀，故展向采用周期条件，可验证的使用，计算了 Reibert 实验中来流速度为 1.6 106cos45°。得到的压力系数与实验测得的压力系数曲线界层内速度剖面与实验结果的比较，图中黑，从图中可以看出，计算结果与实验结果吻
【参考文献】：
期刊论文
[1]后掠翼边界层定常横流涡的非线性演化[J]. 逯学志,赵磊,罗纪生. 应用数学和力学. 2016(10)
[2]Linear spatial instability analysis in 3D boundary layers using plane-marching 3D-LPSE[J]. Jianxin LIU,Shaolong ZHANG,Song FU. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2016(08)
[3]Stability analysis method considering non-parallelism:EPSE method and its application[J]. Gaotong YU,Jun GAO,Jisheng LUO. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2016(01)
[4]Receptivity of hypersonic boundary layer due to fast-slow acoustics interaction[J]. Jun Gao,Ji-Sheng Luo,Xue-Song Wu. Acta Mechanica Sinica. 2015(06)
[5]小攻角对后掠机翼边界层稳定性及转捩的影响[J]. 靖振荣,孙朋朋,黄章峰. 北京航空航天大学学报. 2015(11)
[6]后掠角对后掠机翼边界层稳定性及转捩的影响[J]. 孙朋朋,黄章峰. 北京航空航天大学学报. 2015(07)
[7]三维高超声速边界层中eN方法的应用[J]. 于高通,罗纪生. 航空动力学报. 2014(09)
[8]小攻角高超音速尖锥边界层的转捩预测及eN法的改进[J]. 苏彩虹,周恒. 中国科学（G辑:物理学 力学 天文学）. 2009(01)
[9]DNS of compressible turbulent boundary layer around a sharp cone[J]. LI XinLiang, FU DeXun & MA YanWen State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China. Science in China（Series G:Physics,Mechanics & Astronomy）. 2008(06)
[10]A THEORETICAL INVESTIGATION OF THE DEVELOPMENT OF STATIONARY CROSSFLOW VORTICES IN THE BOUNDARY LAYER ON A SWEPT WING[J]. 罗纪生,周恒. Acta Mechanica Sinica. 1998(02)
博士论文
[1]高超声速2:1椭圆锥边界层的稳定性特征及扰动演化[D]. 张绍龙.天津大学 2016
[2]高超声速三维边界层e-N方法的应用及扰动演化的预测[D]. 于高通.天津大学 2016
[3]超声速边界层的稳定性分析方法及声波感受性[D]. 高军.天津大学 2014
[4]边界层中展向波包型扰动转捩的数值模拟及用PSE方法的预测[D]. 李佳.天津大学 2012
本文编号：3560287
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同波矢方向投影的速度剖面分布
Fig 2-3 Coordinate transformation diagram.0 1 1 0 2 0 20 1 1 00 0 2 0 2cos sin cos sincos sincos sinc c tc c tc tu u v u u wv v u v vw w w w u (2-7其中 为 轴与 轴的夹角， 为 轴与 轴的夹角。用无穷远处的速度、温度及密度等值进行无量纲化，长度采用c 10-3进行无量纲化，得到的雷诺数记为Re，弦长雷诺数用Rec表示。若无特殊说明，文中上标带*的量为有量纲量，没有该上标的量为无量纲量。2.2.2 网格分布及边界条件外围计算域的选取及网格分布如图 2-4(a)所示，机翼上下壁面各布 400 个网格；法向布 260 个网格，为变间距网格，法向最小网格尺度为 0.02mm；展向布3 个网格。图 2-4(b)为机翼附近的局部放大图。
天津大学博士学位论文移绝热壁；外边界采用远场条件；展向长度布基本保持均匀，故展向采用周期条件，可验证的使用，计算了 Reibert 实验中来流速度为 1.6 106cos45°。得到的压力系数与实验测得的压力系数曲线界层内速度剖面与实验结果的比较，图中黑，从图中可以看出，计算结果与实验结果吻
【参考文献】：
期刊论文
[1]后掠翼边界层定常横流涡的非线性演化[J]. 逯学志,赵磊,罗纪生. 应用数学和力学. 2016(10)
[2]Linear spatial instability analysis in 3D boundary layers using plane-marching 3D-LPSE[J]. Jianxin LIU,Shaolong ZHANG,Song FU. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2016(08)
[3]Stability analysis method considering non-parallelism:EPSE method and its application[J]. Gaotong YU,Jun GAO,Jisheng LUO. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2016(01)
[4]Receptivity of hypersonic boundary layer due to fast-slow acoustics interaction[J]. Jun Gao,Ji-Sheng Luo,Xue-Song Wu. Acta Mechanica Sinica. 2015(06)
[5]小攻角对后掠机翼边界层稳定性及转捩的影响[J]. 靖振荣,孙朋朋,黄章峰. 北京航空航天大学学报. 2015(11)
[6]后掠角对后掠机翼边界层稳定性及转捩的影响[J]. 孙朋朋,黄章峰. 北京航空航天大学学报. 2015(07)
[7]三维高超声速边界层中eN方法的应用[J]. 于高通,罗纪生. 航空动力学报. 2014(09)
[8]小攻角高超音速尖锥边界层的转捩预测及eN法的改进[J]. 苏彩虹,周恒. 中国科学（G辑:物理学 力学 天文学）. 2009(01)
[9]DNS of compressible turbulent boundary layer around a sharp cone[J]. LI XinLiang, FU DeXun & MA YanWen State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China. Science in China（Series G:Physics,Mechanics & Astronomy）. 2008(06)
[10]A THEORETICAL INVESTIGATION OF THE DEVELOPMENT OF STATIONARY CROSSFLOW VORTICES IN THE BOUNDARY LAYER ON A SWEPT WING[J]. 罗纪生,周恒. Acta Mechanica Sinica. 1998(02)
博士论文
[1]高超声速2:1椭圆锥边界层的稳定性特征及扰动演化[D]. 张绍龙.天津大学 2016
[2]高超声速三维边界层e-N方法的应用及扰动演化的预测[D]. 于高通.天津大学 2016
[3]超声速边界层的稳定性分析方法及声波感受性[D]. 高军.天津大学 2014
[4]边界层中展向波包型扰动转捩的数值模拟及用PSE方法的预测[D]. 李佳.天津大学 2012
本文编号：3560287
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3560287.html
