超音速平板边界层展向波包型扰动的演化

作     者：禹旻 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗纪生

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 080103[工学-流体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：超音速 平板边界层 直接数值模拟 波包型扰动 条纹结构 

摘      要：在研究三维超音速边界层中扰动的演化过程中发现，在下游会出现三维小尺度结构。为了研究三维扰动产生的原因，本文用数值模拟的方法研究了平板边界层展向波包型扰动的演化，由此可以确定三维小尺度结构的产生是由于流场的三维性还是由于扰动本身的三维性引起的。此外波包型扰动与自然状态下产生的波相似，因此，研究波包型扰动的演化具有重要的实际意义。 本文采用直接数值模拟（DNS）的方法，模拟了超音速平板边界层中加入二维和三维小扰动以及波包型扰动的演化。平板边界层加入二维和三维小扰动的演化与线性稳定性（LST）得到的幅值增长曲线作比较，验证程序的正确性，为后面加入波包型扰动做准备。通过直接数值模拟可以得到以下结论： 1、计算结果表明，平板边界层在入口处加入展向波包型扰动，在下游会出现比波包宽度小很多的三维条纹结构。通过傅里叶分析发现，这些三维小尺度条纹结构对应于展向的高频谐波，在流场的下游这些结构会迅速的增长起来，成为扰动的主要因素。入口处加入波包的宽度不同，下游出现的条纹结构的尺度也略有不同。 2、由此可以推断下游出现的小尺度条纹结构是由于扰动中的三维高频成分引起的，边界层的三维性是通过引起扰动的三维性而产生三维小尺度条纹结构的，而其本身并不能产生。