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平板尾流中不稳定模态的产生机制

韩琳  董明  
【摘要】:尾流是典型的剪切层流动,它的稳定性与转捩和噪声等物理现象密切相关,是航空飞行器设计中的基础问题。对于轴对称型尾流,一般存在对称和反对称两种失稳模态,它们分别产生于对称轴附近与剪切层外缘。前者可由尾缘上游边界层中的粘性Tollmien-Schlichting(T-S)波激发。本文通过直接数值模拟(DNS),研究了T-S波在平板尾缘附近快速畸变并激发下游对称型尾流失稳模态的过程。由渐近理论分析可知,不同频率、不同位置处的对称型尾流失稳模态存在粘性、粘性-无粘干扰以及无粘三种机制,它们均可被线性稳定性理论(LST)验证。在DNS给出的流场中,这三种机制下的失稳模态以及它们之间的相互转化清晰可见。为了定量刻画尾流模态的激发过程,我们引入了传递系数的概念,用来表征下游激发处的尾流模态的渐近幅值与来流T-S波幅值之比。数值结果表明,透射系数随着T-S波的频率增大而增大,说明尾流中的高频模态更容易被激发,因为它们既有较大的初始幅值,又有较高的增长率。

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