零攻角尖锥边界层中二维扰动演化特征的数值研究

论文题目: 零攻角尖锥边界层中二维扰动演化特征的数值研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 流体力学

作者: 董明

导师: 曹伟

关键词: 超音速尖锥边界层,直接数值模拟,小激波

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 对可压缩流动转捩机制的研究有重要的理论与工程意义。实际中,广泛存在有曲率的边界层流动,超音速尖锥边界层问题即是一典型的有曲率的边界层问题,本文对其扰动的演化规律进行了数值研究。本文提出了一种计算超音速尖锥边界层定常流场的模型,即把尖锥边界层流场分成无粘的外流区域和有粘的边界层区域,首先在球坐标系下求解无粘尖锥绕流问题,然后选取靠近壁面的一小部分区域求解有粘N-S方程,将上边界给定为无粘方程的解。这样,既可以得到准确的流场,又减小了计算量。本文对来流马赫数为5.29,半锥角为10度的超音速零攻角尖锥边界层,根据上述模型得到定常基本流,并在计算域的入口处引入二维T-S扰动波,对其空间演化进行了直接数值模拟,并研究了流场中是否会出现小激波,及出现的小激波对流场结构的影响。结果表明:1.入口处引入小幅值T-S波时,扰动的幅值及相位的空间演化与基于平行流假设的线性理论预测的结果符合很好。表明虽然零攻角超音速尖锥边界层的基本流有一定的锥面法向速度,当半锥角较小时,平行流假设下的线性理论仍成立。2.当扰动幅值增长到一定时,非线性作用使扰动的高次谐波增长起来,扰动幅值增长率也比线性理论预测的结果小很多,各个物理量的扰动剖面也有了明显的变化。3.当扰动幅值继续增大到0.12左右的时候,流场中将出现运动的小激波。小激波的传播速度和间距与引入扰动波的相速度和波长基本相同。穿过小激波时,速度、压力、熵、相对马赫数等物理量有跳跃。

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 概述

1.2 可压缩流动的研究

1.3 前人的工作

1.3.1 实验研究

1.3.2 数值模拟研究

1.4 本文的工作

第二章控制方程及数值方法

2.1 坐标系及计算域的选取

2.2 计算方法

2.2.1 无粘流场的定常流求解

2.2.2 有粘流场的定常流求解

2.3 贴体坐标下的N-S方程

2.4 方程的无量纲化

2.5 通量分裂

2.6 坐标变换

2.7 差分格式

2.8 边界条件

第三章尖锥边界层定常流场的计算

3.1 无粘基本流的计算

3.2 有粘区域基本流的计算

第四章扰动演化的数值结果及分析

4.1 小扰动演化的数值研究

4.1.1 网格选取的验证

4.1.2 数值模拟与线性理论的比较

4.2 有限幅值的扰动演化

4.3 关于小激波的研究

第五章结论及展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

发布时间: 2007-04-17

参考文献

[1].一维可压缩流体的大时间行为及非牛顿流体问题边界层的稳定性[D]. 潘洁.西北大学2018
[2].基于小波分析方法的高超音速尖锥边界层转捩的实验研究[D]. 李悦雷.天津大学2007
[3].下游压力扰动对管道内激波与边界层干扰结构的影响[D]. 毛晓露.南京航空航天大学2012
[4].平板层流边界层下的扰动增长率演化的实验研究[D]. 王维.天津大学2010
[5].叶轮机非定常边界层数值模拟[D]. 焦华宾.南京航空航天大学2009
[6].激波与边界层相互干扰试验研究[D]. 全鹏程.国防科学技术大学2014
[7].可压缩平板边界层的非平行稳定性研究[D]. 张锋.天津大学2007
[8].超声速轴对称激波与边界层相互作用研究[D]. 刘俊林.国防科学技术大学2013
[9].高空高超音速平板边界层扰动演化的数值研究[D]. 杨永祥.天津大学2007
[10].跨音压气机边界层抽吸控制方法研究[D]. 安鑫.中国科学院研究生院(工程热物理研究所)2015

零攻角尖锥边界层中二维扰动演化特征的数值研究

猜你喜欢