三维激波相互作用的复杂流动研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhucejuren2011
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具有激波相互作用的三维双楔面流动是三维激波问题中一个较为典型的物理问题,同时,这种构型上的流动也有着很强的工程实践背景,例如在超燃冲压发动机三面压缩进气道设计、高超声速飞行器机翼/机身以及垂尾/平尾夹角处的流动等方面都具有应用价值。目前,对于该三维流动的一些现象和规律的研究还有待深入。本文采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,从定常到非定常,从无粘流到粘性流,对三维激波相互作用的双楔面流动进行一系列多角度的研究和探讨。论文具体研究内容概括如下:   1)作为后续三维问题研究的铺垫,首先研究了二维非对称运动激波相互作用问题。利用激波动力学和激波极曲线,提出了该二维问题的理论分析方法。通过该方法,得出了各种激波相互作用构造组合,以及各种构造组合的分布范围,并通过数值模拟加以验证。讨论了双解区内的激波相互作用构造,并发现了几种新的激波相互作用结构。   2)对于三维双楔面定常激波相互作用结构,提出了理论分析方法,即在特定方向上将该三维定常激波问题“降维”为二维非定常激波问题进行分析。利用该方法,分析得出了三维对称及非对称双楔面激波相互作用各种构型的分布范围,并加以数值验证。同时,分析得出了不同两楔面间夹角以及不同前缘后掠角下各激波相互作用构型的分布范围。此外,通过数值模拟探讨了双解区内规则一马赫构型间的转变特性,发现该转变只遵循于vonNeumann准则,而双解区内并没有出现迟滞现象。   3)通过数值模拟研究了三维双楔面定常粘性流动,分析了不同激波相互作用构型在层流和湍流流场中的波系结构,发现了层流和湍流边界层分离形成的多涡和单涡结构。同时,探讨了不同激波相互作用构型在粘性流动中的总压损失,以及雷诺数和轴向位置对总压损失的影响。   4)通过数值模拟研究了三维双楔面非定常激波的反射,分析了不同激波马赫数和楔面倾角下三维马赫干的不同构造及其形成原因,探讨了三维规则反射和三维马赫反射所具有的不同波系结构。另外,发现了一种非典型的三维马赫干结构,并讨论了其形成范围。
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