超高速所大分离激波边界层干扰研究取得阶段性成果

2020-12-31 17:13:28

近日,超高速所在典型激波边界层干扰——大分离压缩拐角流动机理研究方面取得阶段性成果。此项研究通过扩展不可压缩基于亥姆霍兹-瑞利最小耗散定理,提出了一种预测大分离压缩折角流动(compression ramp flow with large separation, CRFLS)压力平台和峰值的理论模型。由于CRFLS的总耗散主要来源于激波,稳态流动构型可以通过在所有可能的构型中最小化耗散来确定。对于大范围的自由流马赫数和拐角角度,预测结果与实验数据和数值模拟结果吻合良好。这该方法也适用于其它以激波耗散为主的流动系统。

最小耗散原理从宏观全局流场认识激波主导的超声速复杂流动,所使用的积分方法揭示了激波主导的流场内在特性,相比于历史上的自由干扰理论和三层结构理论,具有更清晰的物理图像和更简洁的数学表达。研究表明,流场中分离泡的涌现实际上是物理上的对称破缺,所诱导的复杂波系结构将流动分为多个子系统,这些子系统自组织协同作用,将实现流场的耗散最小。该理论同时具有预测能力,流场结构和压力平台-峰值的理论预测结果与大范围的马赫数和拐角的数值模拟和实验数据皆吻合良好,验证了理论的合理性和准确性。该成果已于10月在流体力学权威期刊Physicsof Fluids上以letter形式发表。审稿人评价为该理论清晰、简洁、新奇、有趣,可以预测大分离压缩拐角的流场性质和压力平台峰值,与航空航天工程密切相关。