超聲速平板邊界層擾動(dòng)的非線性演化.pdf

1、本文采用數(shù)值模擬方法,分別研究了來(lái)流馬赫數(shù)為4.5、6和8的超音速平板邊界層中第一模態(tài)和第二模態(tài)擾動(dòng)的非線性演化特征,特別深入研究了第二模態(tài)擾動(dòng)的非線性演化過(guò)程,發(fā)現(xiàn)了第二模態(tài)擾動(dòng)對(duì)K型高展向波數(shù)三維擾動(dòng)的選擇機(jī)制,分析了K型三維擾動(dòng)線性增長(zhǎng)率和非線性增長(zhǎng)率,揭示了選擇機(jī)制與K型三維擾動(dòng)增長(zhǎng)率及展向波數(shù)間的聯(lián)系,給出了被選擇的K型三維擾動(dòng)的展向波數(shù)分布范圍。具體結(jié)論如下:
　　1.第一模態(tài)與第二模態(tài)擾動(dòng)演化的特征不同。第一模態(tài)擾動(dòng)

2、的非線性演化是從低波數(shù)到高波數(shù)的三維擾動(dòng)都增長(zhǎng)起來(lái)的一個(gè)擴(kuò)散過(guò)程,流場(chǎng)在下游會(huì)有Λ渦出現(xiàn),與不可壓邊界層中擾動(dòng)的演化非常相似。
　　第二模態(tài)擾動(dòng)的非線性演化過(guò)程中,在下游會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的展向小尺度的三維擾動(dòng)快速增長(zhǎng),即對(duì)三維展向高波數(shù)擾動(dòng)具有選擇性,這是超聲速邊界層第二模態(tài)擾動(dòng)非線性演化的主要特征。
　　2.第二模態(tài)二維波對(duì)三維擾動(dòng)的選擇性表現(xiàn)為對(duì)K型擾動(dòng)的非線性作用最強(qiáng),強(qiáng)于與對(duì)其它型擾動(dòng)的非線性作用,特別也強(qiáng)于對(duì)亞諧型擾動(dòng)的

3、非線性作用。
　　3.對(duì)K型擾動(dòng)的非線性作用的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),二維擾動(dòng)幅值達(dá)到一定程度時(shí),能促使三維擾動(dòng)快速增長(zhǎng),且展向波數(shù)集中一定范圍內(nèi)的擾動(dòng)幅值的總增長(zhǎng)較大,該展向波數(shù)范圍集中在第二模態(tài)中性曲線上支和下支交匯附近,屬于較高的展向波數(shù)范圍。
　　4.第二模態(tài)二維擾動(dòng)幅值與K型三維擾動(dòng)增長(zhǎng)率的關(guān)系總結(jié)如下:
　　當(dāng)二維擾動(dòng)幅值較小時(shí),三維擾動(dòng)按流動(dòng)穩(wěn)定性線性理論演化。展向波數(shù)越大線性增長(zhǎng)率越小,當(dāng)展向波數(shù)大于中性曲線范

4、圍,線性增長(zhǎng)率將變?yōu)樨?fù)的,即變?yōu)樗p波;
　　二維擾動(dòng)幅值增長(zhǎng)到一定程度時(shí),非線性開(kāi)始起作用,三維擾動(dòng)的幅值增長(zhǎng)率從線性增長(zhǎng)率轉(zhuǎn)換為非線性增長(zhǎng)率。非線性增長(zhǎng)率與二維擾動(dòng)的幅值有關(guān),二維擾動(dòng)幅值越大非線性增長(zhǎng)率越大,也與三維擾動(dòng)的展向波數(shù)有關(guān),展向波數(shù)越大非線性增長(zhǎng)率越大;
　　從線性增長(zhǎng)率轉(zhuǎn)換為非線性增長(zhǎng)率的轉(zhuǎn)換位置不僅受二維擾動(dòng)幅值的影響,也受流場(chǎng)中其它三維擾動(dòng)幅值的影響,其它三維擾動(dòng)幅值越大,轉(zhuǎn)換位置越靠近上游。