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高超声速双楔流中的斜转捩。 (英语) Zbl 1497.76046号

小结:我们利用预解和弱非线性分析,结合直接数值模拟(DNS)来确定马赫数为5的高超声速绕绝热细长双楔形绕流的斜转捩机制。即使层流分离是全局稳定的,预解分析也表明非定常外部扰动对线性化流动方程的显著放大。这些扰动被引入分离区上游,并导致斜波在下游进一步出现。我们证明,斜波的大幅度放大是由于分离剪切层中层流基流的流线曲率引起的脉动剪切应力增长引起的。这与不存在这种机制的附加边界层形成对比。我们还使用弱非线性分析表明,与层流基流周围线性化相关的预解算子控制着非定常斜波二次相互作用产生的稳定重附条纹的演化。这些二次相互作用在再附着剪切层中产生涡旋激励,导致再循环区条纹的形成及其随后的放大、破裂和向下游湍流的过渡。我们对能量收支的分析表明,再附着附近基流的减速是稳定条纹放大的主要原因。最后,我们利用DNS来研究湍流过渡的后期阶段,并证明了弱非线性输入-输出框架在揭示分离高速边界层流动中倾斜过渡的触发机制方面的预测能力。

理学硕士:

76克05 高超音速流
76N20号 可压缩流体和气体动力学的边界层理论
76个M12 有限体积法在流体力学问题中的应用
76M20码 有限差分法在流体力学问题中的应用

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参考文献:

[1] Benitez,E.K.,Esquieu,S.,Jewell,J.S.&Schneider,S.P.2020马赫数为6的轴对称分离气泡的不稳定性测量。在AIAA航空2020论坛上。AIAA论文2020-3072。
[2] Berlin,S.&Henningson,D.S.1999A自由流干扰接受性的非线性机制。物理学。流体11(12),3749-3760·Zbl 1149.76317号
[3] Berlin,S.,Wiegel,M.&Henningson,D.S.1999斜边界层转捩的数值和实验研究。《流体力学杂志》393,23-57·Zbl 0944.76547号
[4] Brandt,L.、Sipp,D.、Pralits,J.O.和Marquet,O.2011噪声放大器中基流变化的影响:平板边界层。《流体力学杂志》687、503-528·Zbl 1241.76340号
[5] Bushnell,D.1990关于过渡问题初始扰动场的注记。《不稳定与过渡》,第217-232页。斯普林格。
[6] Butler,C.S.&Laurence,S.J.2021第二模态扰动与初始分离压缩角流的相互作用。《流体力学杂志》913,R4。
[7] Candler,G.V.、Johnson,H.B.、Nompelis,I.、Gidzak,V.M.、Subbaredy,P.K.和Barnhardt,M.2015a高级可压缩和反应流模拟的US3D代码开发。在第53届AIAA航空航天科学会议上。AIAA论文2015-1893。
[8] Candler,G.V.、Subbareddy,P.K.和Nompelis,I.2015b《高超音速非平衡流:基本原理和最新进展》。第5章:高超音速流和空气热力学的CFD方法,第203-237页。美国汽车协会。
[9] Cao,S.、Hao,J.、Klioutchnikov,I.、Olivier,H.、Heufer,K.A.和Wen,C.Y.2021a压缩坡道上高超声速三维流动的前沿钝度效应。《流体力学杂志》923,A27。
[10] Cao,S.,Hao,J.,Klioutchnikov,I.,Olivier,H.&Wen,C.Y.2021b层流分离的高超声速压缩斜流中的非定常效应。《流体力学杂志》912,A3·Zbl 1503.76058号
[11] Cao,S.,Hao,J.,Klioutchnikov,I.,Wen,C.-Y.,Olivier,H.&Heufer,K.A.2022由于固有不稳定性导致压缩斜面上高超音速流动向湍流的过渡。《流体力学杂志》941,A8。
[12] Chang,C.-L.和Malik,M.R.1994超音速边界层中的斜模式击穿和二次不稳定性。《流体力学杂志》273、323-360·Zbl 0814.76040号
[13] Chomaz,J.-M.2005空间发展流中的全球不稳定性:非正态性和非线性。每年。《流体力学评论》37,357-392·Zbl 1117.76027号
[14] Choudhari,M.1996自由流中三维非定常涡扰动的边界层感受性。1996年1月15日至18日,美国航空航天局第34届航空航天科学会议和展览,美国内华达州里诺,AIAA论文96-0181。
[15] Chu,B.-T.1965关于流体流动中小扰动的能量传递(第一部分)。《机械学报》1(3),215-234。
[16] Chuvakhov,P.V.,Borovoy,V.Y.,Egorov,I.V.,Radchenko,V.N.,Olivier,H.&Roghelia,A.2017小钝度对超声速压缩角流中Görtler涡形成的影响。J.应用。机械。《技术物理学》58(6),975-989。
[17] Chuvakhov,P.V.、Fedorov,A.V.和Obraz,A.O.2019超音速边界层对固体颗粒的接受性的数值模拟。《流体力学杂志》859、949-971·Zbl 1415.76423号
[18] Dolling,D.S.20015年的冲击波/边界层相互作用研究:下一步是什么?美国汽车协会J.39(8),1517-1531。
[19] Duan,L.,Beekman,I.&Martín,M.P.2011高超声速湍流边界层直接数值模拟。第3部分。马赫数的影响。《流体力学杂志》672,245-267·Zbl 1225.76160号
[20] Dwivedi,A.2020高速可压缩流中流动不稳定性的全球投入产出分析。明尼苏达大学博士论文。
[21] Dwivedi,A.,Broslawski,C.J.,Candler,G.V.&Bowersox,R.D.2020a激波/边界层相互作用中的三维性:数值和实验研究。AIAA航空2020论坛。AIAA论文2020-3011。
[22] Dwivedi,A.,Hildebrand,N.,Nichols,J.W.,Candler,G.V.&Jovanović,M.R.2020b马赫数5.92时斜激波/边界层相互作用的瞬态增长分析。物理学。流体版本5(6),063904。
[23] Dwivedi,A.,Nichols,J.W.,Jovanović,M.R.&Candler,G.V.2017斜激波/边界层相互作用中条纹的最佳空间增长。在第八届AIAA理论流体力学会议上。AIAA论文2017-4163。
[24] Dwivedi,A.,Sidharth,G.S.,Nichols,J.W.,Candler,G.V.&Jovanović,M.R.2019高超声速压缩坡道流中的再附涡:输入-输出分析。《流体力学杂志》880,113-135·兹比尔1430.76350
[25] Elofsson,P.A.和Alfredsson,P.H.1998平面Poiseuille流中倾斜过渡的实验研究。《流体力学杂志》358177-202。
[26] Finnigan,J.J.1983A畸变二维剪切流的流线坐标系。《流体力学杂志》130、241-258·Zbl 0514.76060号
[27] Franko,K.J.&Lele,S.K.2013高超声速零压力梯度边界层中的破裂机制和传热超调量。《流体力学杂志》730,491-532·Zbl 1291.76192号
[28] Garnaud,X.,Lesshaft,L.,Schmid,P.J.&Huerre,P.2013不可压缩射流的首选模式:线性频率响应分析。《流体力学杂志》716189-202·Zbl 1284.76149号
[29] Gonzalez,H.C.&Wu,X.2019光滑和波浪表面上超声速边界层对冲击慢声波的接收能力。《流体力学杂志》872849-888·Zbl 1430.76219号
[30] Hader,C.&Fasel,H.F.2019扩张锥高超声速边界层转捩的直接数值模拟:基本破裂。《流体力学杂志》869,341-384·Zbl 1415.76270号
[31] Hall,P.&Horseman,N.J.1991,边界层纵向涡结构的线性无粘二次不稳定性。《流体力学杂志》232、357-375·Zbl 0738.76029号
[32] Hanifi,A.、Schmid,P.J.和Henningson,D.S.1996可压缩边界层流动中的瞬态增长。物理学。流体8(3),826-837·Zbl 1025.76536号
[33] Hao,J.、Cao,S.、Wen,C.Y.和Olivier,H.2021高超声速压缩角流动中的整体不稳定性发生。《流体力学杂志》919,A4·Zbl 1492.76056号
[34] Herbert,T.1997抛物化稳定性方程。每年。《流体力学评论》29(1),245-283。
[35] Hildebrand,N.、Dwivedi,A.、Nichols,J.W.、Jovanović,M.R.和Candler,G.V.2018马赫数为5.92时斜激波/边界层相互作用的模拟和稳定性分析。物理学。修订版Fluids3013906。
[36] Hirsch,C.2007《内部和外部流动的数值计算:计算流体动力学基础》。爱思唯尔。
[37] Huang,P.G.,Coleman,G.N.&Bradshaw,P.1995可压缩湍流通道流:DNS结果和建模。《流体力学杂志》305、185-218·Zbl 0857.76036号
[38] Jeun,J.、Nichols,J.W.和Jovanović,M.R.2016高速轴对称等温射流噪声的输入-输出分析。物理学。流体28(4),047101。
[39] Jovanović,M.R.2004空间分布式系统的建模、分析和控制。加州大学圣巴巴拉分校博士论文。
[40] Jovanović,M.R.2021从旁路过渡到流量控制和数据驱动湍流建模:输入-输出观点。每年。《流体力学评论》53(1),311-345·兹比尔1459.76072
[41] Jovanović,M.R.&Bamieh,B.2005河道水流中的组件能量放大。《流体力学杂志》534145-183·Zbl 1074.76016号
[42] Lugrin,M.、Beneddine,S.、Leclercq,C.、Garnier,E.和Bur,R.2021高超声速轴对称压缩坡道流中的过渡场景。流体力学杂志907,A6·Zbl 1461.76214号
[43] Ma,Y.&Zhong,X.2005平板上超音速边界层的可接受性。第3部分。不同类型自由流干扰的影响。《流体力学杂志》532,63-109·Zbl 1125.76360号
[44] Mack,L.M.1984边界层线性稳定性理论。AGARD第709号代表,层流稳定性和过渡特别课程,第1卷·Zbl 0542.76086号
[45] Maslov,A.A.、Shiplyuk,A.N.、Sidorenko,A.A.和Arnal,D.2001平板上高超音速边界层的前沿接受性。《流体力学杂志》426、73-94·Zbl 0961.76507号
[46] Mayer,C.S.J.,Von Terzi,D.A.&Fasel,H.F.2011马赫数为3时通过斜破裂完全过渡到湍流的直接数值模拟。《流体力学杂志》674,5-42·Zbl 1241.76251号
[47] Mckeon,B.J.&Sharma,A.S.2010A湍流管道流的临界层框架。《流体力学杂志》658,336-382·Zbl 1205.76138号
[48] Navarro-Martinez,S.&Tutty,O.R.2005高超声速压缩斜面中Görtler涡的数值模拟。计算。流体34(2),225-247·Zbl 1178.76219号
[49] Nompelis,I.和Candler,G.V.2009具有高焓效应的双锥流的数值研究。ESASP659、96。
[50] Nompelis,I.、Candler,G.V.和Holden,M.S.2003振动非平衡对高超声速双锥实验的影响。美国汽车协会J.41(11),2162-2169。
[51] Patel,V.C.&Sotiropoulos,F.1997湍流边界层中的纵向曲率效应。掠夺。Aerosp.航空公司。科学33(1-2),1-70。
[52] Pirozzoli,S.&Bernardini,M.2011中等雷诺数下超声速边界层中的湍流。《流体力学杂志》688,120-168·Zbl 1241.76286号
[53] Quintanilha,H.、Paredes,P.、Hanifi,A.和Theofilis,V.2022椭圆锥上高超音速流动的瞬态增长分析。《流体力学杂志》935,A40·Zbl 07469326号
[54] Ran,W.,Zare,A.,Hack,M.J.P.&Jovanović,M.R.2019a通过抛物化Floquet方程模拟边界层流动中的模式相互作用。物理学。流体版本4(2),023901。
[55] Ran,W.,Zare,A.,Hack,M.J.P.&Jovanović,M.R.2019b边界层流动的随机接受性分析。物理学。流体版本4(9),093901。
[56] Reddy,S.C.、Schmid,P.J.、Baggett,J.S.和Henningson,D.S.1998关于平面河道水流中顺流条纹的稳定性和过渡阈值。《流体力学杂志》365、269-303·Zbl 0927.76029号
[57] Rigas,G.,Sipp,D.&Colonius,T.2021非线性输入/输出分析:应用于边界层转捩。《流体力学杂志》911,A15·Zbl 1461.76223号
[58] Roghelia,A.、Olivier,H.、Egorov,I.和Chuvakhov,P.2017高超声速斜流中Görtler涡的实验研究。实验流体58(10),139。
[59] Saffman,P.G.&Wilcox,D.C.1974湍流边界层的湍流模型预测。美国汽车协会J.12(4),541-546·Zbl 0277.76051号
[60] Sawant,S.S.、Theofilis,V.&Levin,D.A.2022关于高超声速双楔形绕流中三维激波层和层流分离气泡不稳定性的同步。《流体力学杂志》941,A7。
[61] Schmid,P.J.2007非模态稳定性理论。每年。《流体力学评论》39,129-162·Zbl 1296.76055号
[62] Schmid,P.J.&Henningson,D.S.1992涉及一对斜波的快速跃迁新机制。物理学。流体A4(9),1986-1989。
[63] Schmid,P.J.&Henningson,D.S.2001剪切流中的稳定性和过渡。施普林格·Zbl 0966.76003号
[64] Schmidt,O.T.、Towne,A.、Rigas,G.、Colonius,T.和Brès,G.A.2018喷流湍流的光谱分析。《流体力学杂志》855、953-982·Zbl 1415.76293号
[65] Schneider,S.P.2001高速隧道噪声对层流-湍流过渡的影响。J.太空船。火箭38(3),323-333。
[66] Schneider,S.P.2015开发基于机制的方法来估计飞行中的高超音速边界层过渡:安静隧道的作用。掠夺。飞行员。科学72,17-29。
[67] Sidharth,G.S.、Dwivedi,A.、Candler,G.V.和Nichols,J.W.2017压缩坡道上高速水流的全球线性稳定性分析。在第47届AIAA流体动力学会议上。AIAA 2017-3455。
[68] Sidharth,G.S.、Dwivedi,A.、Candler,G.V.和Nichols,J.W.2018细长双楔体超音速流动三维性的开始。物理学。流体版本3(9),093901。
[69] Simeonides,G.&Haase,W.1995压缩斜面高超声速流动的实验和计算研究。《流体力学杂志》283,17-42。
[70] Sipp,D.&Marquet,O.2013全球奇异模式噪声放大器的表征:前沿平板边界层的情况。西奥。计算。流体动力学27(5),617-635。
[71] Sivasubramanian,J.&Fasel,H.F.2015马赫数为6的尖锥边界层过渡的直接数值模拟:基本破裂。《流体力学杂志》768175-218。
[72] Skinner,S.、Butler,C.、Laurence,S.J.和Mangalam,A.S.2020平流层湍流速度、温度和声学波动的现场测量。在AIAA科学技术2020论坛上。AIAA论文2020-0778。
[73] Smith,D.R.&Smits,A.J.1993超声速流边界层速度和温度波动的同时测量。实验热处理。《流体科学》7(3),221-229。
[74] Subbareddy,P.K.,Bartkowicz,M.D.&Candler,G.V.2014由孤立粗糙元素引起的高速过渡的直接数值模拟。《流体力学杂志》748、848-878·Zbl 1416.76257号
[75] Subbareddy,P.K.&Candler,G.V.2009A可压缩流动的完全离散、动能一致的有限体积格式。J.计算。《物理学》228(5),1347-1364·Zbl 1157.76029号
[76] Subbareddy,P.K.&Candler,G.V.2012马赫数6边界层湍流过渡DNS。在第43届AIAA热物理会议上。AIAA论文2012-3106。
[77] Trefethen,法律公告,Trefethern,A.E.,Reddy,S.C.&Driscoll,T.A.1993无特征值的水动力稳定性。《科学》261(5121),578-584·Zbl 1226.76013号
[78] Turco,R.P.1992上层大气气溶胶:特性和自然循环。平流层飞机的大气影响:第一个项目报告,第1272卷,第63页。
[79] White,F.M.&Majdalani,J.2006《粘性流体流动》,第3卷。麦格劳·希尔。
[80] Wu,X.2001具有分布粗糙度的边界层对涡旋和声学扰动的可接受性:二阶渐近理论和与实验的比较。《流体力学杂志》431,91-133·兹比尔1008.76017
[81] Yang,L.,Zare-Behtash,H.,Erdem,E.&Kontis,K.2012使用发光测量系统研究高超声速流动中的双斜面。实验热处理。《流体科学》40,50-56。
[82] Yeh,C.A.&Taira,K.2019基于解析的翼型分离控制设计。《流体力学杂志》867,572-610·Zbl 1430.76340号
[83] Yousefi,K.&Veron,F.2020风生表面波上方流动的正交曲线坐标下的边界层公式。《流体力学杂志》888,A11·Zbl 1460.76113号
[84] Yu,X.&Liu,J.T.C.1994非线性Görtler滚子三维粘性二次不稳定性中的正弦和曲张模态机理。物理学。流体6(2),736-750·Zbl 0848.76023号
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