高超音速钝锥边界层中扰动演化的数值研究

摘要

随着航天技术的发展，可压缩高超音速流动的稳定性和转捩问题正成为新的研究热点。在实际中，高超音速锥体边界层是广泛存在的模型，又由于工程上不存在纯粹的尖锥，本文针对高超音速钝锥边界层，对其扰动的演化规律进行数值研究。 本文对来流马赫数为6，半锥角为5度的钝锥边界层中扰动的空间演化进行了直接数值模拟。选取靠近壁面的一小部分区域，用贴体坐标系下的高精度紧致格式计算，得到定常基本流场，并在计算域的入口引入T-S波，研究扰动的空间演化，并研究了T-S波的非线性作用。 结果表明：对于小幅值的扰动，计算得到的扰动幅值及相位的空间演化与基于平行流假设的线性理论预测的结果符合很好，说明非平行效应在钝锥边界层中仍可以忽略；对于有限幅值的扰动，非线性作用使扰动的高次谐波增长起来，周期平均流场的剖面得到修正，扰动幅值增长率也比线性理论预测的结果小很多，各个物理量的扰动剖面也有了明显的变化。

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第一章绪论

1.1引言

1.2流动稳定性的理论研究

1.2.1线性稳定性

1.2.2非线性稳定性

1.3流动稳定性的实验研究

1.4本文的工作

第二章控制方程及数值方法

2.1方程的无量纲参数

2.2物理模型及控制方程

2.3通量分裂

2.4坐标变换

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定常基本流的计算

3.1.1整体绕流场的一些计算结果

3.1.2局部流场的一些计算结果

第四章扰动演化的结果及分析与讨论

4.1特征值和特征函数

4.2扰动的演化

4.2.1小扰动的空间演化

4.2.2有限幅值的空间演化

4.3两个T-S波相互作用的研究

第五章结论

参考文献

致谢