高超声速零攻角钝锥边界层稳定性分析及转捩预测

论文摘要

本文针对来流马赫数为6,8的零攻角钝锥超声速边界层,首先采用直接数值模拟方法,计算出基本流场,然后,利用线性稳定性理论进行分析,最后用e-N方法,对壁面为绝热和定温等不同壁面条件下的转捩位置进行了预测,研究了壁面温度和流场稳定性的关系。研究了用e-N方法积分时,沿群速度方向和流向积分的差异,研究了第一模态不稳定波和第二模态不稳定波积分时的特性。通过计算分析,得到如下结论:1.通过对M=6的大钝头锥边界层研究发现,在定温边界层中第二模态波比第一模态波更不稳定,而且主导定温边界层的转捩;在绝热边界层中,第一模态波比第二模态波更不稳定,而且主导绝热边界层的转捩。随着壁面的冷却,第二模态波变得更加不稳定,使得转捩提前发生,然而,壁面冷却,第一模态波变得越来越稳定。2.通过研究壁面温度和流场稳定性的关系发现,壁面温度和边界层厚度成正比;边界层厚度和流场的稳定性有着很大的关系;边界层厚度和第二模态不稳定波的频率成反比,和第一模态波的频率成正比。3.用e-N方法进行积分时发现,对于第二模态不稳定波,沿群速度的方向和沿流向积分得到的N值差别非常小;对于第一模态不稳定波,沿群速度方向和沿流向积分得到的N值差别也非常小。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 转捩研究
• 1.2.1 感受性问题的研究
• 1.2.2 线性稳定性问题的研究
• 1.2.3 非线性稳定性问题的研究
• 1.2.4 转捩的数值研究
• 1.2.5 转捩预测的研究
• 1.2.6 锥体边界层稳定性与转捩预测的相关研究
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 基本流的控制方程和数值方法
• 2.1 模型的建立
• 2.2 网格的划分
• 2.3 控制方程
• 2.3.1 柱坐标系的二维N-S方程
• 2.3.2 坐标变换
• 2.3.3 方程的无量纲化
• 2.4 通量分裂
• 2.5 差分格式
• 2.6 边界条件
• 第三章 钝锥边界层定常流场的计算
• 3.1 基本流结果分析
• 3.1.1 对激波位置进行分析
• 3.1.2 流场剖面分析
• 3.2 计算网格选取
• 第四章 稳定性分析和转捩预测
• 4.1 基于线性稳定性理论（LST）的稳定性分析
• 4.1.1 基本流剖面的比较
• 4.1.2 特征函数的对比
• 4.1.3 边界层厚度对流场稳定性的影响
• 4.2 采用基于线性理论的e-N方法进行转捩预测
• 4.2.1 e-N方法的概念及应用原则
• 4.2.2 积分方向的选取
• 4.2.3 第二模态波和第一模态波积分结果
• 4.2.4 转捩预测的结果分析
• 4.3 其他参数钝锥边界层的稳定性分析和转捩预测
• 4.3.1 小钝头锥的稳定性分析和转捩预测
• 4.3.2 大钝头锥的稳定性分析和转捩预测
• 4.3.3 不同马赫数下的稳定性和转捩位置的对比
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢