典型高超声速进气道-隔离段流动中的非定常节流动力学与尺度分析

为理解非定常节流动力学，对自由来流马赫数 $M_\infty=5$ 下的二维三楔面高超声速混合压缩进气道内的流场进行了数值求解。节流条件通过以塞块内嵌形式改变隔离段出口面积来模拟。考虑了 $0\leq \zeta \leq 0.7$、步长为 0.1 的不同节流比。在 $\zeta\leq 0.2$ 时未观察到非定常现象，而在 $0.3 \leq \zeta \leq 0.7$ 时发现了严重非定常现象。非定常频率 ($f$) 随 $\zeta$ 迅速增大。随着 $\zeta$ 增大，隔离段内倒流质量随频率与出口质量流率而缩放。基于数值研究所得认识，尝试建立一般框架对非定常事件进行尺度分析。将该进气道-隔离段流动建模为通过管道的振荡流，其已知上游设计条件如自由来流马赫数 ($M_\infty$) 与隔离段入口马赫数 ($M_i$)。利用管道体积所占质量、特征非定常频率、节流比以及通过管道的出口质量流率等因素构成无量纲参数 $\beta$，其与上游设计参数 $\xi=M_i/M_\infty$ 成尺度关系。进一步利用这些尺度参数，结合公开文献中不同节流比下的已有实验结果，建立半经验关系。本文二维数值计算所得的非定常频率亦表明与所提尺度分析及相应半经验关系相符。