Ma=2.2下二维/三维锥形激波与轴对称边界层相互作用的数值研究
流体动力学
2023-03-27 v2
摘要
参考Kussoy等人的实验,对二维/三维锥形激波与轴对称边界层的相互作用进行了数值模拟与分析,该实验中激波由管内15度半锥角锥体在15度攻角(AOA)下产生。基于RANS方程和Menter的SST湍流模型,本研究使用新开发的WENO3-PRM211格式和PHengLEI CFD平台进行计算。首先,针对Kussoy等人实验条件对应的三维相互作用进行计算,随后扩展至AOA=10度和5度的情形。为作比较,对与管同轴、半锥角分别为27.35度、24.81度和20.96度的锥体,研究了三维相互作用的二维轴对称对应情形。计算了相互作用的激波结构、涡结构、变量分布和壁面分离拓扑。结果表明,在二维/三维相互作用中,发生了一种新的类马赫反射事件,并在分离泡前端上方产生类马赫杆结构,这不同于Babinsky关于二维平面激波/边界层相互作用的模型。我们建立了一个新的相互作用模型来描述此行为。管内周向未分离区长度与锥体AOA的关系表明存在一个临界AOA,此时长度为零,并通过经验拟合给出了该角度的预测,经计算验证。分析了迎风子午面内侧向溢流的 occurrence,并获得了定量认识。为阐明三维相互作用的特征,给出并比较了涡的尺度与结构以及压力和摩擦力分布与二维相互作用的情况。
引用
@article{arxiv.2303.12985,
title = {Numerical investigations on interactions between 2D/3D conical shock wave and axisymmetric boundary layer at Ma=2.2},
author = {Yihui Weng and Qin Li and Guozhuo Tan and Wei Su and Yancheng You},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.12985},
year = {2023}
}