高超声速湍流边界层中的有限速率化学效应：一项直接数值模拟研究
流体动力学
2021-03-31 v1
摘要
通过直接数值模拟（DNS）研究了高焓效应对高超声速湍流边界层的影响。采用五组分化学反应模型，模拟了自由流马赫数为 10 的准绝热平板空气流直至充分发展的湍流状态。同时开展了基于冻结化学假设的伴随 DNS，以隔离有限速率化学反应的影响并评估其对湍流量的作用。为减少计算域入口处湍流生成相关的不确定性，两项模拟均在层流区启动，并令流动演化至完全湍流 regime。通过局部抽吸与吹气的模态强迫触发层流到湍流的转捩。近壁区域（包括黏性子层与缓冲子层）达到的高温激活了氧气与氮气的显著离解。这进而改变了反应混合物的热力学与输运性质，影响热力学量的一阶统计。由于正向化学反应的吸热性质，反应层中的温度与密度脉动小于冻结化学流动。然而，在考虑修正流体性质的标度下，发现速度场的一阶与二阶统计几乎不受化学反应影响。我们还观察到，尽管存在严峻的高超声速条件，强雷诺类比（SRA）仍得到很好满足，且计算得到的壁面摩擦系数分布与推广至可压缩流动的 Renard-Deck 分解结果吻合良好。
引用
@article{arxiv.2103.16436,
title = {Finite-rate chemistry effects in turbulent hypersonic boundary layers: a direct numerical simulation study},
author = {Donatella Passiatore and Luca Sciacovelli and Paola Cinnella and Giuseppe Pascazio},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.16436},
year = {2021}
}