单个粗糙元对可压缩平板边界层稳定性影响的研究

摘要

本文采用直接数值模拟和线性稳定性分析相结合的方法研究了单个粗糙元对可压缩平板边界层稳定性的影响。首先通过求解Navier-Stokes(N-S)方程得到来流马赫数为4.5的可压缩平板中包含不同高度的余弦凸起时的二维基本流,其次基于线性稳定性理论对基本流进行稳定性分析,然后通过求解扰动方程研究不同频率的Tollmien-Schlichting(T-S)扰动波在不同高度的粗糙单元影响时的幅值演化情况,最后定义了穿透系数来定量刻画粗糙单元对扰动波幅值演化的影响。
　　通过对共42种工况计算结果的研究,可以得到如下结论:
　　1、粗糙单元对基本流的影响范围是有限的。在粗糙单元附近会产生一道马赫波,在远离粗糙单元的地方,基本流恢复到与原来平行流相似的状态。粗糙单元高度越高,对基本流的影响范围越大,程度越深。
　　2、不同高度粗糙单元对不同频率扰动波的影响情况不同。对相同频率的扰动波,粗糙单元高度越高,对扰动波的影响程度越大。相同高度的粗糙单元能使增强低频扰动波的不稳定性,对高频扰动波有稳定作用。
　　3、穿透系数定量刻画了粗糙单元对流动稳定性的影响。通过穿透系数可以快速看出高度为h的粗糙单元对频率为ω的扰动波稳定性的影响:穿透系数为正,表示该高度的粗糙单元使该频率的扰动波更加不稳定;穿透系数为负,表示该高度的粗糙单元对该频率的扰动波有稳定作用。穿透系数的绝对值大小,表示粗糙单元对该频率的扰动波对应的N值的修正大小。利用穿透系数可使工程师快速、有效地实现对有粗糙单元工况的转捩预测。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2线性稳定性理论和eN方法

1.3研究进展

1.4本文工作

第二章 数值模拟方法

2.1 基本流控制方程

2.2扰动控制方程

2.3离散格式

2.4物理问题

2.5程序验证

第三章 粗糙元对平板边界层稳定性的影响

3.1粗糙单元对基本流的影响

3.2粗糙单元对基本流稳定性的影响

3.3粗糙单元对扰动波幅值演化的影响

3.4本章小结

第四章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢