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壁面温度分布的高超声速平板边界层稳定性分析及转捩预测

刘璐 曹伟

刘璐, 曹伟. 壁面温度分布的高超声速平板边界层稳定性分析及转捩预测[J]. 实验流体力学, 2018, 32(6): 41-48. doi: 10.11729/syltlx20180107
引用本文: 刘璐, 曹伟. 壁面温度分布的高超声速平板边界层稳定性分析及转捩预测[J]. 实验流体力学, 2018, 32(6): 41-48. doi: 10.11729/syltlx20180107
Liu Lu, Cao Wei. Stability and transition prediction of the hypersonic plate boundary layers for wall temperature distribution[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2018, 32(6): 41-48. doi: 10.11729/syltlx20180107
Citation: Liu Lu, Cao Wei. Stability and transition prediction of the hypersonic plate boundary layers for wall temperature distribution[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2018, 32(6): 41-48. doi: 10.11729/syltlx20180107

壁面温度分布的高超声速平板边界层稳定性分析及转捩预测

doi: 10.11729/syltlx20180107
基金项目: 

国家重点研究发展计划项目 2016YFA0401200

国家自然科学基金项目 11332007

国家自然科学基金项目 11672205

国家自然科学基金项目 11732011

详细信息
    作者简介:

    刘璐(1994-), 女, 天津人, 硕士研究生。研究方向:流动稳定性、空气动力学。通信地址:天津市南开区卫津路92号北洋科学楼317室(300072)。E-mail:1210216949@qq.com

    通讯作者:

    曹伟, E-mail:caow@tju.edu.cn

  • 中图分类号: O354.4

Stability and transition prediction of the hypersonic plate boundary layers for wall temperature distribution

  • 摘要: 针对来流马赫数为4.5、6.0和7.0的高超声速平板边界层,取30km高空处的气体参数,壁面为等温、绝热和温度分布等3种不同条件,采用eN方法进行转捩预测。其中,壁面温度分布条件下,在等温壁(冷壁)和绝热壁之间,给出4种流向分布进行分析。取扰动的初始幅值为0.3‰,以幅值达到1.5%作为转捩判断依据。结果表明:当温度为来流温度时,等温壁面条件的转捩位置最靠前,并随马赫数增大更加靠前;绝热壁面条件的转捩位置随马赫数增大而推后;壁面温度分布条件下,在相同时刻,马赫数越大,转捩位置越靠前。相同马赫数下,壁面温度较高者转捩位置较靠后(马赫数为7.0时,不完全满足此规律)。在马赫数为4.5和6.0时,绝热壁面条件转捩由第一模态主导,其余情况主导转捩的都是第二模态。
  • 图  1  两种计算方法得到的基本流比较

    Figure  1.  Comparison of the base flow computed by two different calculation methods

    图  2  不同壁面温度条件下的温度分布曲线

    Figure  2.  Temperature profiles under different wall temperature conditions

    图  3  不同壁面温度条件下的速度剖面

    Figure  3.  Velocity profiles under different wall temperature conditions

    图  4  不同壁面温度条件下的温度剖面

    Figure  4.  Temperature profiles under different wall temperature conditions

    图  5  不同壁面温度条件下的中性曲线

    Figure  5.  Neutral curves under different wall temperature conditions

    图  6  壁面温度分布条件下不同时刻的中性曲线

    Figure  6.  Neutral curves at different times under different wall temperature conditions

    图  7  不同壁面温度条件下增长率随频率的变化曲线

    Figure  7.  Variation of growth rate with frequency under different wall temperature conditions

    图  8  不同壁面温度条件下的N值曲线

    Figure  8.  Envelope curves of N values under different wall temperature conditions

    图  9  壁面温度分布条件下不同时刻的N值曲线

    Figure  9.  Envelope curves of N values at different times under different wall temperature conditions

    图  10  两种基本流的N值曲线比较

    Figure  10.  Comparison of envelope curves of N values for two base flows

    表  1  转捩位置预测(单位:m)

    Table  1.   Prediction results of transition locations (unit:m)

    Isothermal 120s 300s 400s 600s Adiabatic
    Ma=4.5 1.4 2.9 2.5(1st)
    Ma=6.0 1.3 2.5 2.9 3.2 3.6 2.7(1st)
    Ma=7.0 1.2 2.4 3.1 3.0 2.9 2.9
    注:“1st”表示由第一模态主导转捩,未加说明的皆由第二模态主导转捩;“-”表示在计算域内N值达不到4。
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-01
  • 修回日期:  2018-11-12
  • 刊出日期:  2018-12-25

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    2021年8月13日