壁面约束高压跨临界流体的线性稳定性分析

在高压跨临界湍流状态下运行时，混合和传热速率通常会增强。可以利用伪沸腾区附近热物理性质的快速变化来显著增加雷诺数并使流动失稳。导致这种失稳的潜在物理机制是主要受跨伪沸腾线的大局部密度梯度驱动的斜压扭矩的存在。其结果是，与等效的低压情况相比，拟涡能水平得到增强，并且流动物理行为偏离了标准的壁面湍流特征。在这项工作中，我们通过线性稳定性理论仔细分析和表征了这种不稳定性的性质。研究发现，在等温壁面约束跨临界条件下，伪沸腾区附近表现出的非线性热力学性质促进了相对于亚临界和超临界热力学状态的层流到湍流的转捩。即使在低布林克曼数下，这种转捩在非等温流动中也会进一步加剧。特别是，中性曲线对布林克曼数的敏感性，以及基于模态和非模态分析的动力学和热力学不稳定模态的扰动剖面，触发了早期的流动失稳，证实了这一现象。尽管如此，在低马赫数/雷诺数条件下运行时，非等温设置是发生转捩的必要条件。具体来说，在相同的布林克曼数下，与等温情况相比，湍流转捩加速，代数增长增强。因此，由于更高的产生率和更低的粘性耗散，高压跨临界设置导致了更大的动能预算。