合成冷/热射流控制超声速边界层流动稳定性

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刘强, 罗振兵, 邓雄, 杨升科, 蒋浩. 2017: 合成冷/热射流控制超声速边界层流动稳定性, 物理学报, 66(23): 239-250. doi: 10.7498/aps.66.234701
引用本文: 刘强, 罗振兵, 邓雄, 杨升科, 蒋浩. 2017: 合成冷/热射流控制超声速边界层流动稳定性, 物理学报, 66(23): 239-250. doi: 10.7498/aps.66.234701
Liu Qiang, Luo Zhen-Bing, Deng Xiong, Yang Sheng-Ke, Jiang Hao. 2017: Linear stability of supersonic boundary layer with synthetic cold/hot jet control, Acta Physica Sinica, 66(23): 239-250. doi: 10.7498/aps.66.234701
Citation: Liu Qiang, Luo Zhen-Bing, Deng Xiong, Yang Sheng-Ke, Jiang Hao. 2017: Linear stability of supersonic boundary layer with synthetic cold/hot jet control, Acta Physica Sinica, 66(23): 239-250. doi: 10.7498/aps.66.234701

合成冷/热射流控制超声速边界层流动稳定性

Linear stability of supersonic boundary layer with synthetic cold/hot jet control

  • 摘要: 为了探究超声速边界层流动稳定性及其转捩控制机理,提出基于合成冷/热射流的边界层速度-温度耦合控制方法,并通过数值模拟研究了Ma=4.5超声速平板边界层不稳定波的传播,采用线性稳定性理论中的时间模式分析了壁面吹吸、射流温度、扰动频率、扰动振幅等对不稳定波控制效果的影响.结果表明:无射流控制时,边界层内同时存在不稳定的第一模态扰动波和第二模态扰动波,且二维波形式的第二模态占主导地位;壁面吹吸作用下,仅出现更加不稳定的第二模态,第一模态被抑制;速度-温度耦合控制下,射流温度对扰动模态的不稳定区域大小及扰动增长率影响显著,射流温度与来流温度不同时,温度的脉动使得流动转捩为湍流的速度加快,边界层速度型更加饱满,抗干扰能力增强,流动稳定性提高;高频的吹吸扰动对流场的控制效果优于低频扰动,扰动频率超过400 Hz时,第二模态扰动波时间增长率降低,扰动分量对边界层速度剖面和温度剖面的修正加快,第二模态更加稳定;扰动振幅减小为主流速度的1%时,仅出现时间增长率较小的第二模态,控制效果较好,进一步减小时,第一模态重新出现,并且波数范围与第二模态先重合后分离,对应的时间增长率先增加后减小.研究结果为边界层转捩控制技术提供了新的思路.
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出版历程
  • 刊出日期:  2017-12-15

合成冷/热射流控制超声速边界层流动稳定性

  • 国防科技大学航天科学与工程学院,长沙,410073

摘要: 为了探究超声速边界层流动稳定性及其转捩控制机理,提出基于合成冷/热射流的边界层速度-温度耦合控制方法,并通过数值模拟研究了Ma=4.5超声速平板边界层不稳定波的传播,采用线性稳定性理论中的时间模式分析了壁面吹吸、射流温度、扰动频率、扰动振幅等对不稳定波控制效果的影响.结果表明:无射流控制时,边界层内同时存在不稳定的第一模态扰动波和第二模态扰动波,且二维波形式的第二模态占主导地位;壁面吹吸作用下,仅出现更加不稳定的第二模态,第一模态被抑制;速度-温度耦合控制下,射流温度对扰动模态的不稳定区域大小及扰动增长率影响显著,射流温度与来流温度不同时,温度的脉动使得流动转捩为湍流的速度加快,边界层速度型更加饱满,抗干扰能力增强,流动稳定性提高;高频的吹吸扰动对流场的控制效果优于低频扰动,扰动频率超过400 Hz时,第二模态扰动波时间增长率降低,扰动分量对边界层速度剖面和温度剖面的修正加快,第二模态更加稳定;扰动振幅减小为主流速度的1%时,仅出现时间增长率较小的第二模态,控制效果较好,进一步减小时,第一模态重新出现,并且波数范围与第二模态先重合后分离,对应的时间增长率先增加后减小.研究结果为边界层转捩控制技术提供了新的思路.

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