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水下回转体首部边界层流动稳定性及自然转捩研究进展综述 被引量：1
1
作者 刘竟成 刘建华 张永明 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期40-51,共12页
水下回转体首部边界层自然转捩是重要的流动现象,与水下航行体的流动噪声密切相关。流动稳定性理论是研究边界层转捩的重要方法。本文首先介绍了水下回转体首部边界层流动稳定性研究的4个发展阶段;其次介绍了自然转捩的预测方法,包括经... 水下回转体首部边界层自然转捩是重要的流动现象,与水下航行体的流动噪声密切相关。流动稳定性理论是研究边界层转捩的重要方法。本文首先介绍了水下回转体首部边界层流动稳定性研究的4个发展阶段;其次介绍了自然转捩的预测方法,包括经验和半经验两类;然后介绍了转捩位置控制常用方法,包括改变首部线型、使用超疏水材料、控制壁面温度和在表面加入抽吸;最后基于当前的研究进展,对水下回转体首部边界层转捩研究提出了建议。 展开更多
关键词 水下回转体 自然转捩 流动稳定性 转捩预测 转捩控制
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水凝胶延迟水下回转体边界层自然转捩机理研究
2
作者 刘建华 张彬 +4 位作者 徐良浩 张占阳 潘翀 张永明 朱文博 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1-13,共13页
水下航行体首部声纳探测能力与边界层转捩密切相关。本文开展了水凝胶超材料在延迟水下航行体边界层自然转捩方面的应用基础研究,并探究了其内在机理。在高速水洞中分别开展了刚性和水凝胶表面的SUBOFF模型总阻力系数与二维瞬时速度场... 水下航行体首部声纳探测能力与边界层转捩密切相关。本文开展了水凝胶超材料在延迟水下航行体边界层自然转捩方面的应用基础研究,并探究了其内在机理。在高速水洞中分别开展了刚性和水凝胶表面的SUBOFF模型总阻力系数与二维瞬时速度场大视场PIV实验测试,采用多路径积分算法对SUBOFF模型周围脉动压力场进行估算;结合刚性SUBOFF模型边界层流动线性稳定性分析与PIV流场测试结果,获得刚性SUBOFF模型边界层自然转捩特性;采用“比光强”算法,对低速水洞中水凝胶表面SUBOFF模型局部形变与近壁区速度场进行频谱分析,揭示水凝胶表面流−固耦合作用机制;基于法向瞬时速度分量的连续子波变换,对边界层瞬时流场间歇性进行分析,揭示水凝胶在流−固耦合作用下延迟SUBOFF模型边界层自然转捩的机理。 展开更多
关键词 水下航行体 自然转捩 流动稳定性 转捩延迟 水凝胶超材料
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高超声速钝楔边界层最优增长扰动及其二次失稳研究
3
作者 张浩杰 刘建新 赵磊 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第8期23-33,I0001,共12页
最优增长扰动理论是近年来高超声速边界层非模态失稳现象研究中的主要理论之一,可被看作一种对非模态扰动增长的工程化估计。本文以高超声速钝楔边界层为研究对象,采用最优增长理论和二次失稳分析方法,对钝楔边界层的非模态失稳特性进... 最优增长扰动理论是近年来高超声速边界层非模态失稳现象研究中的主要理论之一,可被看作一种对非模态扰动增长的工程化估计。本文以高超声速钝楔边界层为研究对象,采用最优增长理论和二次失稳分析方法,对钝楔边界层的非模态失稳特性进行了研究。结果表明,在平楔面各个工况的有限计算域中无法找到不稳定模态扰动,非模态的最优增长扰动可获得较大的能量增益。研究还发现,最优扰动的能量增益随马赫数的增加逐渐减小,而壁面曲率对最优扰动的增长起促进作用。但是,由于不同曲率条件下对应的最大能量增长扰动的展向波数存在一定差异,因此变曲率的等熵压缩面不存在统一的变化规律。进一步,研究还采用非线性抛物化稳定性方程研究了零频率最优扰动的非线性演化,并以最优扰动形成的条纹边界层的二次稳定性为基本流,采用线性理论进行了二次失稳分析,发现最优增长扰动形成的条纹结构具有较强的二次失稳增长率,这有利于下游边界层转捩成湍流。该研究结果对设计高速飞行器前体进气道的强制转捩装置有一定参考意义。 展开更多
关键词 最优增长 非模态失稳 高超声速边界层 二次失稳 转捩
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超声速边界层中壁面抽吸对流动分离的抑制作用 被引量：5
4
作者 董明 赵慧勇 《气体物理》 2019年第2期17-29,共13页
当超声速或高超声速来流经过压缩折角时,由于壁面的位移效应,折角附近往往出现较强的逆压梯度,进而很可能导致流动分离,并伴随着激波与边界层干扰问题的出现.在工程应用中,流动分离会带来诸多不利因素.一个抑制流动分离的有效措施是在... 当超声速或高超声速来流经过压缩折角时,由于壁面的位移效应,折角附近往往出现较强的逆压梯度,进而很可能导致流动分离,并伴随着激波与边界层干扰问题的出现.在工程应用中,流动分离会带来诸多不利因素.一个抑制流动分离的有效措施是在折角的上游引入定常的壁面抽吸单元.基于大Reynolds数渐近理论框架下的三层结构理论,文章研究了壁面抽吸抑制层流边界层分离的机理.研究发现,只要抽吸元被安置在折角上游O(R-3/8L)范围内,决定抑制效果的关键参数是抽吸的流量,而与抽吸元的位置无关;同时改变抽吸元的宽度和抽吸速度而保持抽吸流量不变并不影响其对分离区的抑制效果. 展开更多
关键词 超声速边界层 抽吸 分离 压缩折角 三层结构
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剪切流动的空间模式稳定性问题特征值分布
5
作者 王飞骏 武之峥 +2 位作者 吕军波 张永明 刘建华 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2024年第10期112-128,共17页
获得和充分了解剪切流动中的线性小扰动的特征值分布是流体力学中的重要问题.本文使用Arnoldi方法数值计算剪切流在空间模式下的线性稳定性方程的特征值分布及其特征函数.针对四种典型的不可压缩和可压缩剪切流动,本文得到了其在空间模... 获得和充分了解剪切流动中的线性小扰动的特征值分布是流体力学中的重要问题.本文使用Arnoldi方法数值计算剪切流在空间模式下的线性稳定性方程的特征值分布及其特征函数.针对四种典型的不可压缩和可压缩剪切流动,本文得到了其在空间模式下的特征值分布,分析了其连续谱和离散谱的特征.此外,本文还得到并分析了各个分支谱的特征函数.结果表明,空间模式相较于时间模式,特征值分布更复杂,特征值的分支更多. 展开更多
关键词 特征值 空间模式 稳定性方程 Arnoldi方法 特征函数
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高超声速平板边界层中波纹粗糙壁峰值热流的变化规律及预测 被引量：2
6
作者 孔祥志 韩宇峰 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期120-138,共19页
新型飞行器表面存在微烧蚀现象,会导致壁面局部热流增大。采用粗糙高度小于600μm的波纹型粗糙来模拟微烧蚀表面。通过直接求解Navier-Stokes方程,计算了均布波纹粗糙的壁面峰值热流的变化规律。结果发现,粗糙度引起的峰值热流与流向位... 新型飞行器表面存在微烧蚀现象,会导致壁面局部热流增大。采用粗糙高度小于600μm的波纹型粗糙来模拟微烧蚀表面。通过直接求解Navier-Stokes方程,计算了均布波纹粗糙的壁面峰值热流的变化规律。结果发现,粗糙度引起的峰值热流与流向位置的0.5次方成反比;壁面峰值热流与粗糙高度成正比,并随宽度增大而减小,受高度的影响大于宽度。同时,马赫数和壁温对壁面峰值热流影响结果表明,相对峰值热流增量与马赫数成反比、与壁温成反比。在此基础上,基于光滑平板热流理论解,给出了粗糙壁峰值热流预测公式。详细的工况验证表明,该公式在马赫数4~10和壁温300~800 K范围内能够准确预测粗糙壁面峰值热流,误差不超过8%。对于其他壁面形式,如椭圆型和分散正弦型,该公式也具有一定的适用性。 展开更多
关键词 高超声速 粗糙壁 气动热 预测模型 峰值热流
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