【湍流转捩】高超边界层转捩问题中的气动加热新原理
风流知音(FLOWS:Physics & beyond)【湍流转捩】Newly Identified Principle for Aerodynamic Heating in Hypersonic Flows CFDFT(2018)10030
高超边界层转捩问题中的气动加热新原理
Newly Identified Principle for Aerodynamic Heating in Hypersonic Flows
Yiding Zhu, Cunbiao Lee, Xi Chen, Jiezhi Wu, Shiyi Chen
1. State Key Laboratory of Turbulence and Complex Systems, Collaborative Innovation Center for
Advanced Aero-Engines, Peking University, Beijing 100871, China
Mohamed Gad-el-Hak
2. Department of Mechanical and Nuclear Engineering, Virginia Commonwealth University, Richmond,
VA 23284, USA
Corresponding Author: Cunbiao Lee (cblee@mech.pku.edu.cn)
摘要：
高超边界层的转捩问题是目前研究的热点和难点之一，而其中伴随的气动加热现象更是高超研究中的重中之重。最近，JFM发表北大李存标课题组和陈十一院士等合作的题为”Newly Identified Principle for Aerodynamic Heating in Hypersonic Flows” 的文章（doi:10.1017/jfm.2018.646）。他们发现，沿着裙锥的流向，有两个壁面温度急剧增长的区域。其中第一个在第二模态不稳定波达到极值的地方（记为HS），而第二个则在下游转捩完成的地方（记为HT）。随着单位雷诺数增加，HS附近第二模态的耗散在增加的同时也增强了局部气动加热的强度。作者们还研究了由胀压过程和剪切过程引起的热产生率，其中胀压过程又可以分解为压力做功和胀压粘性耗散两部分。研究发现，HS处的气动热主要由第二模态伴随的高频压缩/膨胀过程产生，而其中胀压过程（特别是压力做功部分）产生的热量是其对应的剪切过程的五倍以上。在下游，随着第二模态波的衰减，低频波开始逐渐发展，并伴随剪切导致的热增加，进而导致HT处较弱一点的表面温度升高。针对此现象，作者还做了理论分析，阐述气动加热新原理。
