超聲速內(nèi)流問(wèn)題在航空航天領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用背景,并在流動(dòng)物理研究方面具有重要的科學(xué)意義。本文以超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的隔離段為背景,采用大渦模擬方法對(duì)幾種不同的直管道內(nèi)流問(wèn)題進(jìn)行了研究,包括直管道內(nèi)的正激波串問(wèn)題和斜激波系問(wèn)題、恒定背壓以及周期背壓作用下直管道內(nèi)的復(fù)雜流動(dòng)問(wèn)題。具體工作和研究成果如下:（1）研究了超聲速直管道內(nèi)流問(wèn)題。合理模擬了實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到的正激波串現(xiàn)象,系統(tǒng)分析了該問(wèn)題中的若干基本流動(dòng)現(xiàn)象,如正激波串、激波邊界層相互作用以及流場(chǎng)非定常特性等。流場(chǎng)中激波結(jié)構(gòu)和分離剪切層對(duì)湍流統(tǒng)計(jì)量具有明顯的影響。結(jié)果表明,由于激波串的存在及其非定常特征,湍流強(qiáng)度以及湍動(dòng)能在激波位置明顯增強(qiáng)。同時(shí)激波的非定常振蕩會(huì)導(dǎo)致壓力脈動(dòng)量的增大。對(duì)湍動(dòng)能輸運(yùn)方程的分析表明,激波的非定常振蕩以及分離剪切層對(duì)湍動(dòng)能的生成具有明顯的促進(jìn)效應(yīng),而壓力脈動(dòng)輸運(yùn)方程的生成項(xiàng)顯示激波是壓力脈動(dòng)生成的主要因素。進(jìn)而研究了流場(chǎng)的非定常特性,通過(guò)對(duì)流場(chǎng)中的壓力脈動(dòng)場(chǎng)進(jìn)行本征正交分解（POD）分析,發(fā)現(xiàn)流場(chǎng)中激波串的非定常振蕩和剪切層的失穩(wěn)脫渦是流場(chǎng)非定常特性的主要因素。（2）研究了超聲速直管道內(nèi)復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象和不同壓力梯度下局... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：156 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２?等截面直管道中正激波與邊界層相互作用的分類示意圖（Ｉｋｕｉ?ｅ纟ａ／．，?１９７４，?１９８１；?Ｍａｔｓｕｏ??ｅｔ?ａ／．，?１９９９〇??

?ｏｔｈｅｒｗｉｓｅ??圖３．３給出了經(jīng)過(guò)一段時(shí)間發(fā)展的湍流邊界層的平均流向速度經(jīng)ｖａｎ?Ｄｒｉｅｓｔ變??換后的分布。根據(jù)前人結(jié)論（Ｓｉｎｉｔｓ?＆?Ｄｕｓｓａｕｇｅ，?２００６），在可壓縮揣流邊界層中，經(jīng)??ｖａｎ?Ｄｒｉｅｓｔ變換后的平均速度在粘性底層（ｖｉｓｃｏｕｓ?ｓｕｂｌａｙｅｒ）的分布滿足線性律（ｌｉｎｅａｒ??ｌａｗ），即?＝?ｚ＋，在對(duì)數(shù)律區(qū)（ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ?ｌａｙｅｒ）滿足對(duì)數(shù)律（ｌｏｇ－ｌａｗ）關(guān)系，??＝?＋Ｉｎ＃＋?Ｃ。根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)，湍流邊界層沿壁面法向可劃分為四個(gè)區(qū)域：粘性??底層（ｖｉｓｃｏｕｓ?ｓｕｂｌａｙｅｒ），緩沖層（ｂｕｆｆｅｒ?ｌａｙｅｒ），對(duì)數(shù)律區(qū)（ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ?ｌａｙｅｒ）和尾跡律??區(qū)（ｗａｋｅ?ｒｅｇｉｏｎ）?（Ｐｏｐｅ，?２０００）。其中前兩個(gè)區(qū)域通稱為邊界層內(nèi)層（ｉｎｎｅｒ?ｌａｙｅｒ），后??兩個(gè)區(qū)域?yàn)檫吔鐚油鈱樱ǎ铮酰簦澹?ｌａｙｅｒ）?（Ｐｉｒｏｚｚｏｌｉ?ｅｆｄ．，２００８）。粘性底層的分布區(qū)域大??－２３－??

所以對(duì)數(shù)率區(qū)的范圍更小。從圖中可以看出，我們的結(jié)果與前人結(jié)論吻合良??好，證明了入口湍流邊界層合成的合理性。??為了驗(yàn)證當(dāng)前計(jì)算結(jié)果的正確性，圖３．４給出了實(shí)驗(yàn)與計(jì)算所得的壁面平均壓力??分布以及中心線上平均馬赫數(shù)分布的對(duì)比。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自Ｃａｒｒｏｌｌ?＆?Ｄｕｔｔｏｎ?（１９９２）的??結(jié)果，計(jì)算數(shù)據(jù)為時(shí)間和展向平均后的結(jié)果。從圖中可以看出，計(jì)算所得的結(jié)果與??實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好，證明了計(jì)算的可靠性。同時(shí)，圖中給出了不同網(wǎng)格分辨率下結(jié)??果對(duì)比，通過(guò)比較可知網(wǎng)格分辨率得到了有效地驗(yàn)證。同時(shí)，我們進(jìn)一步對(duì)網(wǎng)格１??的柯氏尺度（Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ?Ｓｃａｌｅ）進(jìn)行討論�？率铣叨龋ǎ耍铮欤恚铮纾铮颍铮�?Ｓｃａｌｅ）的定義如下??３?７１??＾???Ｕｎｄｉｓｔｕｒｂｅｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｌａｙｅｒ??２０?－?〇?２．４４１ｏｇｚ＋＋５．２??＋?〇?－?Ｅｘｐ．??１５?－?▲?Ｍｏｒｇａｎ?ＬＥＳ??－Ｊ??Ｑ?｜?＿＿Ｌｉ?ｉ?ｉ?ｉ?．?ｉ?ｉ?＿ｌ?ｉ?ｉ?１?ｉ?１?ｉ?．?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?■?Ｉ?ｉ?ｉｉ?．ｉ＇ｌｌ??１０＇２?１０＇１?１０°?１０１?１０２?１?０３?１?０４??＋??ｚ??圖３．３?揣流邊界層ｖａｎ?Ｄｒｉｅｓｔ變換后的平均流向速度分布。??－２４－??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Interaction between strain and vorticity in compressible turbulent boundary layer[J]. CHU You Biao,WANG Li,LU Xi Yun.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(12)
[2]Ma5斜激波串動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)研究[J]. 田旭昂,王成鵬,程克明.  推進(jìn)技術(shù). 2014(08)
[3]高超飛行器內(nèi)流道激波振蕩問(wèn)題的數(shù)值研究及試驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 郭善廣,柳軍,金亮,羅世彬.  實(shí)驗(yàn)流體力學(xué). 2012(01)
[4]出口封閉的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道激波振蕩現(xiàn)象[J]. 孟宇鵬,朱守梅,閆曉娜.  推進(jìn)技術(shù). 2011(05)
[5]超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)隔離段非對(duì)稱來(lái)流下激波串受迫振蕩流動(dòng)研究[J]. 曹學(xué)斌,張堃元.  空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào). 2011(02)



本文編號(hào)：3213663