高超声速边界层中激波诱导加热与向湍流的转捩
流体动力学
2021-02-03 v1
摘要
本文使用直接数值模拟(DNS)和壁面建模大涡模拟(WMLES)，在不同入射角下研究入射激波与冷壁上方马赫数6的未受扰动高超声速层流边界层之间的相互作用。在足够高的激波入射角下，边界层在激波撞击点下游不远处通过近壁条带的破碎而转捩为湍流，无需任何来流自由流扰动。该转捩导致斯坦顿数和壁面摩擦系数局部显著增加，且高入射角以近似线性的方式增大峰值热机械载荷。我们给出了每种情况下相互作用下游边界层的统计分析，量化了雷诺类比因子的流向空间变化，并表明在近壁处速度 and 温度变得相关，Morkovin假设的失效。观察到具有固定湍流普朗特数的修正强雷诺类比表现最佳。常规变换无法将平均速度剖面折叠到不可压缩对数律上。WMLES促使转捩和峰值加热发生，延迟分离并提前再附，从而缩短分离泡。当激波导致转捩时，WMLES以低于DNS两个数量级的计算代价，给出DNS峰值热机械载荷在以内的预测。在相互作用下游的湍流边界层中，WMLES在雷诺类比因子、速度和温度的平均剖面（包括温度峰值）以及温度/速度相关性方面与DNS结果吻合良好。
引用
@article{arxiv.2010.10571,
title = {Shock-induced heating and transition to turbulence in a hypersonic boundary layer},
author = {Lin Fu and Michael Karp and Sanjeeb T. Bose and Parviz Moin and Javier Urzay},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.10571},
year = {2021}
}
备注
48 pages, 36 figures