不可压缩二维翼型边界层转捩预测

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边界层的转捩预测具有很重要的理论意义和广泛的工程应用背景。本文以NACA0012翼型边界层为研究对象首先建立求解层流边界层基本流的模型,通过软件计算得到来流速度分别为30m/s与15m/s工况下边界层内的基本流动。   在直角坐标系PSE方程的基础上,本文发展了二维曲面坐标系的PSE方程并给出了该方程的数值求解方法。并以等值圆环管道流为算例验证了新的PSE程序,其计算结果与直接数值模拟(DNS)的结果符合很好。   1通过对NACA0012翼型边界层的计算,发现该翼型的边界层流动存在顺压梯度和逆压梯度两个不同区域,顺压区从机翼的头部到弦长的10%位置处。顺压区对边界层的扰动具有稳定的作用,即扰动波为衰减的波;而逆压区域边界层内的流动变得很不稳定,容易发生转捩。   2讨论不同初始频率对转捩位置影响。对来流30m/s的工况,利用eN方法研究了不同频率(200~1300Hz)扰动放大倍数N值,发现频率700~800Hz的扰动波最先达到N=9.5,扰动波的频率越高不稳定区域的开始位置越靠近上游。对于来流15m/s的工况,也有类似的规律,并且在该工况下最不稳定波的频率在200~300HZ。   3利用抛物化稳定性方程研究边界层内的扰动演化过程,在计算域入口引入增长最快的T-S波。入口处加入一个增长的二维波和一对三维谐波,加入的波由线性稳定性理论(LST)得到。根据PSE计算得到的壁面摩擦系数曲线,其结果与文献中用LES计算的结果符合很好。PSE计算得到的N值与理论和实验的值比较一致。由于考虑了边界层的非平行性以及扰动波的非线性作用,因此PSE是有效预测边界层转捩位置的工具。
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