超聲速平板邊界層擾動的非線性演化.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)擾動的非線性演化特征,特別深入研究了第二模態(tài)擾動的非線性演化過程,發(fā)現(xiàn)了第二模態(tài)擾動對K型高展向波數(shù)三維擾動的選擇機(jī)制,分析了K型三維擾動線性增長率和非線性增長率,揭示了選擇機(jī)制與K型三維擾動增長率及展向波數(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)擾動演化的特征不同。第一模態(tài)擾動

2、的非線性演化是從低波數(shù)到高波數(shù)的三維擾動都增長起來的一個(gè)擴(kuò)散過程,流場在下游會有Λ渦出現(xiàn),與不可壓邊界層中擾動的演化非常相似。
　　第二模態(tài)擾動的非線性演化過程中,在下游會出現(xiàn)規(guī)則的展向小尺度的三維擾動快速增長,即對三維展向高波數(shù)擾動具有選擇性,這是超聲速邊界層第二模態(tài)擾動非線性演化的主要特征。
　　2.第二模態(tài)二維波對三維擾動的選擇性表現(xiàn)為對K型擾動的非線性作用最強(qiáng),強(qiáng)于與對其它型擾動的非線性作用,特別也強(qiáng)于對亞諧型擾動的

3、非線性作用。
　　3.對K型擾動的非線性作用的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),二維擾動幅值達(dá)到一定程度時(shí),能促使三維擾動快速增長,且展向波數(shù)集中一定范圍內(nèi)的擾動幅值的總增長較大,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)二維擾動幅值與K型三維擾動增長率的關(guān)系總結(jié)如下:
　　當(dāng)二維擾動幅值較小時(shí),三維擾動按流動穩(wěn)定性線性理論演化。展向波數(shù)越大線性增長率越小,當(dāng)展向波數(shù)大于中性曲線范

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