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物理学报 2015年第22期64卷 314-322页

作者：陆昌根沈露予南京信息工程大学海洋科学学院南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

目前理论、实验以及数值模拟主要研究自由来流中的小扰动与壁面局部粗糙相互作用激发边界层感受性问题.但是,针对自由来流湍流与壁面局部吹吸相互作用诱导边界层感受性的相关报道甚少.本文采用直接数值模拟和快速傅里叶变换的方法,数值... 详细信息

目前理论、实验以及数值模拟主要研究自由来流中的小扰动与壁面局部粗糙相互作用激发边界层感受性问题.但是,针对自由来流湍流与壁面局部吹吸相互作用诱导边界层感受性的相关报道甚少.本文采用直接数值模拟和快速傅里叶变换的方法,数值研究了二维平板壁面具有局部吹吸的边界层感受性问题.结果发现,在二维边界层内能找到一组被激发产生的tollmien-schlichting(T-S)波波包的包络序列以及从波包中能够分离出一组稳定的、中性的和不稳定的T-S波,证明了二维边界层内感受性现象的存在性.经数值计算获得了T-S波波包传播的群速度;并建立了自由来流湍流强度、壁面局部吹吸强度和长度与二维边界层感受性之间的关系,获得了与Dietz感受性实验相类似的结论.另外,还发现在自由来流湍流与壁面局部吹、吸相互作用下能诱导二维边界层内产生相位相反的T-S波.依据这一理论机理来优化设计局部吹吸装置,不但能促使层流向湍流转捩的提前,也可以延迟转捩过程的发生,达到控制湍流运动的目的.

关键词：感受性壁面局部吹吸 tollmien-schlichting波

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边界层流中当地感受性过程的数值研究

引用

应用数学和力学 2016年第11期37卷 1156-1168页

作者：沈露予陆昌根南京信息工程大学海洋科学学院南京210044

边界层流中当地感受性问题的研究对层流向湍流转捩过程的预测与控制起着非常关键的作用,尤其是对边界层内诱导产生三维tollmien-schlichting(T-S)波成因过程的探讨具有更加重要的理论意义.采用高精度、高分辨率变间距的紧致有限差分方法... 详细信息

边界层流中当地感受性问题的研究对层流向湍流转捩过程的预测与控制起着非常关键的作用,尤其是对边界层内诱导产生三维tollmien-schlichting(T-S)波成因过程的探讨具有更加重要的理论意义.采用高精度、高分辨率变间距的紧致有限差分方法,直接数值模拟了在自由来流湍流与二维壁面局部粗糙相互作用下边界层内的当地感受性问题.数值计算发现,在自由来流湍流与二维壁面局部粗糙作用下,边界层内诱导形成的当地感受性过程是真实存在的;且被激发的一组三维T-S波波包沿流向发展的过程中流向涡结构将逐渐形成,其强度将越演越烈.数值结果还显示,边界层内被诱导产生当地感受性过程的波长转换机制仅使流向波数发生改变,而展向波数保持不变;以及自由来流湍流运动方向的改变将决定三维T-S波波包的传播方向,但其传播速度的大小都近似为无穷远来流速度的1/3.另外,还建立了自由来流湍流的强度和运动方向以及二维壁面局部粗糙的长度和高度与边界层内的当地感受性问题之间的关系等.这一课题的深入研究,将在进一步理解和认识层流向湍流转捩的理论机制,以及湍流的形成机理等方面均起到十分重要的作用.

关键词：感受性边界层自由来流湍流 tollmien-schlichting波二维壁面局部粗糙

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