高超聲速鈍錐邊界層穩(wěn)定性特征.pdf

1、本論文利用一般正交曲線坐標系下的拋物化穩(wěn)定性方程(PSE)和高精度激波裝配法，開展了高超聲速鈍錐邊界層穩(wěn)定性特征的研究工作，主要研究成果及創(chuàng)新如下：
　　 (1)對高精度激波裝配法提出了一種改進的并行算法，提高了該方法的并行求解效率，擴大了應用范圍，同時構造了七階緊致迎風有限差分格式用于逼近對流項，以提高方法的分辨率．通過對鈍錐繞流問題的驗證計算表明，本文的計算結果與他人結果[87，108]吻合的很好，因此，當前的數(shù)值方法有效、

2、可靠，能夠用于模擬來流中10-5-10-4量級的小擾動演化問題．
　　 (2)發(fā)展了基于一般正交曲線坐標系的拋物化穩(wěn)定性方程及其計算軟件，該軟件包括線性PSE和非線性PSE兩個求解器。與直接數(shù)值模擬(DNS)相比，該方法不僅便于對邊界層內擾動波的演化特征進行分析，而且降低了至少一個數(shù)量級的計算時間。算例表明，該方法的結果與DNS以及線性穩(wěn)定性理論(LST)的結果吻合甚好，驗證了其可靠性．
　　 (3)細致地分析了壁溫對球

3、頭半徑為3.81×10-3米，半錐角為7°的高超聲速鈍錐邊界層穩(wěn)定性的影響，得到如下有意義的結果：
　　 i)DNS結果表明，壁溫變化顯著地影響高超聲速鈍錐邊界層內廣義速度拐點沿壁面法向的數(shù)量和位置；LST分析表明，降低壁溫加速第二模態(tài)不穩(wěn)定波的增長，同時抑制了第一模態(tài)擾動的增長．向下游推進中，當?shù)刈畈环€(wěn)定的第二模態(tài)擾動頻率逐漸降低，且增長率持續(xù)增大；當?shù)刈畈环€(wěn)定的第一模態(tài)頻率先升高，然后又有所降低，且增長率也持續(xù)增大．壁溫越低

4、中性曲線越靠后，且第一模態(tài)推后的比第二模態(tài)更嚴重．由此可見，壁溫對高超聲速邊界層穩(wěn)定性有顯著的影響．
　　 ii)當來流中加入10-4的小擾動時，DNS表明下游290頭半徑左右的壁面擾動幅值與壁溫之間沒有單調變化關系，對于冷卻壁存一個臨界溫度T∈(280,375K)，當壁溫低于Tc后，冷卻壁時的擾動幅值大于絕熱壁的情況，反之，結論相反。這一結論與Stetson[79]的實驗基本一致。
　　 iii)在中性曲線下分支處，壁

5、面壓力擾動的感受性系數(shù)的分布表明，壁溫越低，感受性系數(shù)也越?。皖l擾動波的感受性系數(shù)大約在(0.1，0.2)之間，而高頻擾動波的情況大約在(0.7，0.8)之間．
　　 iv)用線性PSE分析了不同壁溫情況下小擾動的演化特征，結果表明，壁溫變化顯著影響流向波數(shù)、擾動增長率和擾動幅值的變化特征.在壁面特定位置以前，壁溫越低波數(shù)越小，當大于這個值以后，結論相反；降低壁溫使第二模態(tài)增長率增大；且壁溫越低最終擾動幅值越大．