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三维超音速边界层中三波共振和二次失稳机制的数值模拟研究

作　者: 董亚妮
导　师: 周恒
学　校: 天津大学
专　业: 流体力学
关键词: 三波共振二次失稳超音速边界层 T-S波
分类号: O357.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

从层流到湍流的转捩问题有很重要的应用背景。大多数情况下,转捩首先由小扰动的放大开始,当扰动达到一定大小后,非线性开始起作用。对不可压缩边界层或平面槽道流,还会出现典型的三维结构。用流动显示技术可以发现这种结构很像希腊字母Λ,并且存在两种不同的Λ结构,一种是Klebanoff型结构(K-型结构),其流向周期和T-S波的相同,还有一种是由亚谐波引起的,称为N-型结构,其流向周期为T-S波的两倍,因而与某种亚谐波对应。N-型又可以细分为C(Craik)-型和H(Herbert)-型。从一些超音速流的转捩实验中,测到了亚谐波,但实验数据很少,而且缺乏细节。本文将通过直接数值模拟的方法,探讨在超音速边界层中,是否产生上述亚谐波的机制。结果表明,当入口加入一对对称三维波,在它们的非线性作用下,流向涡和其他谐波很快地增长起来,但是三维波本身却保持线性增长。当在入口处加入符合三波共振条件的一对三维波和一个二维波,三维波和其他谐波都很快的增长起来。当在入口处加入了一个二维T-S波和一个频率为其一半的三维斜波,发现的确有二次失稳机制,本文研究了三维波的增长速度与二维波幅值和三维波展向波数间的关系。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
第一章引言  6-12
  1.1 早期结果  6-7
  1.2 可压缩边界层不稳定性数值模拟的概述  7-9
  1.3 可压缩边界层稳定性实验  9-10
  1.4 本文的目的和意义  10-12
第二章控制方程及数值方法  12-19
  2.1 控制方程  12-16
  2.2 差分格式  16-17
  2.3 边界条件  17-18
  2.4 计算域的选取  18-19
第三章结果分析与讨论  19-40
  3.1 三波共振  19-36
  3.2 二次失稳  36-40
第四章结论  40-41
参考文献  41-42
致谢  42

三维超音速边界层中三波共振和二次失稳机制的数值模拟研究

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