Mach数对具有厚或薄入射边界层的开腔流动的影响

使用全局线性分析和非线性数值模拟研究了开腔的Rossiter模态。长深比为二，基于腔深的雷诺数接近1000。研究了Mach数对此类腔的影响。全局分析表明，在0.1到0.9的Mach数范围内，对于厚边界层，只有R1和R2模态可能变得不稳定，而对于薄边界层，最高至R4模态都可能不稳定。在低Mach数下，可压缩性具有强烈的失稳作用。在中等Mach数下，不稳定性要么随Mach数饱和，要么呈现不规则依赖性。对Rossiter模态特征函数的分析表明，声反馈按Ma^3缩放，并解释了可压缩性的强烈失稳效应。这种不规则依赖性与Rossiter模态和声腔模态之间的共振有关。该分析解释了为什么不规则Mach数依赖性仅出现在高阶Rossiter模态中。在该参数区域，三维模态是稳定的或处于边缘不稳定状态。进行了二维模拟以评估线性稳定性结果能够捕捉非线性机制的程度。随着流动变得更加不稳定，达到了一个越来越复杂的最终阶段。然而，频谱呈现出接近线性预测的截然不同的音调。然而，仔细观察表明，饱和状态下的主频对应于R1，而线性理论预测R2为最不稳定模态。这与非线性机制下混合层的非线性增厚有关。此外，这些频率比线性不稳定性的预测更接近Rossiter经验预测。即使在接近临界的这些条件下，频谱也能很好地用R1模态和一系列非线性产生的谐波级联来描述，而没有线性不稳定性的痕迹。