第二模态不稳定的线性、非线性与转捩区
流体动力学
2020-12-02 v1 计算物理
摘要
二维第二模态是高超声速边界层（HBLs）中一种强的不稳定性。我们研究其线性与非线性演化，及其在转捩中的作用以及HBL最终破裂为完全湍流态的过程。利用线性稳定性理论（LST）通过FS同步识别第二模态波，随后在线性与非线性受迫的二维直接数值模拟（DNSs）中复现该波。非线性DNS显示基频饱和，由此产生的超谐波在广义拐点（GIP）附近诱导出紧密编织的“绳状”图样。该不稳定性展现出由基频构成的第二增长区，位于主包络下游，而线性情形中无此区域。随后的三维DNS确认该区域对于放大骑在二维第二模态“滚子”上的斜不稳定性至关重要。这导致GIP下方出现与内层边界层中“滚子”脱离的λ涡。流向涡拉伸导致HBL内长度尺度出现局地峰值，最终形成发夹涡。谱分析追踪了谐波峰向湍流谱的转化，以及基频处斜模态的出现，表明基频共振是最主要的转捩机制。双谱揭示了基频与其超谐波间耦合的非线性相互作用导致谱展宽，以及次谐波共振的痕迹。
引用
@article{arxiv.2007.06726,
title = {Linear, nonlinear and transitional regimes of second mode instability},
author = {S. Unnikrishnan and Datta V. Gaitonde},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.06726},
year = {2020}
}