与超声速边界层转捩有关的扰动非线性作用研究

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与超声速边界层转捩有关的扰动非线性作用研究
扰动非线性作用过程是边界层转捩中重要的一个环节,对这一过程的研究可以增进对转捩机理的认识。本文采用数值模拟和理论分析的方法研究了超声速边界层中两类典型的非线性作用过程,一类是中低马赫数下第一模态引起的斜波转捩过程,另外一类是高马赫数有限幅值第二模态影响下的三维扰动增长过程。
在中低马赫数情况下,由最不稳定的第一模态三维扰动引起的斜波转捩是最可能的转捩途径。本文在Ma=2.0,3.0,4.5等三个马赫数下的平板边界层中,采用抛物化稳定性方程(PSE)方法计算了第一模态斜波转捩过程,重点考察了该作用过程中定常流向涡模态的增长规律,以及该模态对其他扰动幅值演化的影响。
在高马赫数情况下,最不稳定二维第二模态扰动可以最先增长起来,通过非线性作用影响三维扰动的增长。本文通过谱空间参数变换的方法对PSE方法进行了推广,得到了参数变换的PSE方法(tPSE),可以高效地计算任意两个频率扰动间的非线性作用。
借助该方法系统地研究了Ma 6.0平板边界层中有限幅值第二模态扰动影响下不同三维扰动的增长过程,给出了整个关心的频率范围内三维扰动的非线性增长规律。并考 ...

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关键词：非线性 方法研究 数值模拟 理论分析 PSE