边界层转捩

目录

前言

第1章转捩引论1

1.1转捩现象1

1.2转捩类型1

1.3稳定性理论3

1.4转捩机理8

1.5转捩控制8

参考文献10

第2章线性稳定性理论10

2.1引言13

2.2Orr-Sommerfeld方程14

2.3特征值问题及其数值解16

2.3.1OSE的全局特征值差分解17

2.3.2局部特征值迭代法19

2.3.3二维扰动问题23

2.4非平行流边界层稳定性26

2.4.1非平行流边界层稳定性方程组26

2.4.2多重尺度法数值解27

2.4.3非平行性影响分析29

2.5线性稳定性理论与转捩预测的eN方法31

参考文献34

第2章抛物化稳定性方程方法36

3.1引言36

3.2稳定性方程的抛物化处理36

3.3扰动增长率表达式38

3.4正规化条件39

3.5空间推进数值解法40

3.5.1差分方法40

3.5.2初始条件和边界条件42

3.5.3线性PSE空间推进算法44

3.5.4二维PSE数值解45

3.6稳定性分析49

3.7PSE方法的优势51

3.8PSE的弱椭圆特性分析54

3.8.1弱椭圆特性55

3.8.2消除方法56

3.8.3解的一致性57

参考文献58

第4章非平行流非线性边界层稳定性61

4.1引言61

4.2二维非线性边界层稳定性62

4.2.1二维非线性抛物化稳定性方程63

4.2.2初始条件与局部法64

4.2.3均流变形与模态分析66

4.2.4算法与算例分析69

4.3空间演化的二次稳定性73

4.4三维非线性边界层稳定性77

4.4.1三维非线性抛物化稳定性方程77

4.4.2三维模态分析80

4.4.3数值方法81

4.5型三维扰动的非线性稳定性82

4.6型稳定性分析85

4.7附录A 非线性项的完整表达式87

参考文献94

第5章高速边界层稳定性97

5.1引言97

5.2可压缩流边界层方程及基本流参数98

5.3可压缩流边界层稳定性101

5.3.1扰动方程101

5.3.2线性抛物化稳定性方程102

5.3.3数值方法104

5.3.4非平行流稳定性分析105

5.4超/高超声速流的线性边界层稳定性108

5.4.1无黏稳定性方程及数值解108

5.4.2无黏稳定性与多重模态111

5.4.3黏性多重不稳定模态113

5.5超/高超声速流的非线性边界层稳定性117

5.5.1非线性抛物化稳定性方程117

5.5.2NPSE数值解118

5.5.3非线性稳定性分析119

附录B 方程05，10)与式（5.47）展开式124

参考文献131

第6章三维气动体可压缩流边界层稳定性133

6.1引言133

6.2三维可压缩流边界层135

6.2.1边界层方程135

6.2.2横向分段推进法137

6.2.3基本流速度分布138

6.3曲线坐标系的三维抛物化稳定性方程140

6.3.1Navier-stokes方程140

6.3.2扰动方程142

6.3.3抛物化稳定性方程143

6.4数值方法144

6.5三维边界层稳定性分析145

6.6三维边界层流动的转捩预测150

6.6.1转捩位置的预测问题150

6.6.2转捩预测的方法150

6.6.3转捩预测的DNS和PSE方法152

附录C 方程(6.19)展开式153

参考文献159

第7章边界层感受性问题162

7.1引言162

7.2感受性理论163

7.2.1自然感受性与强迫感受性163

7.2.2前缘感受性理论164

7.2.3局部感受性理论165

7.3渐近分析法165

7.3.1前缘感受性分析166

7.3.2渐近Orr-Sommerfeld分析167

7.3.3结合PSE方法167

7.4感受性问题的数值模拟170

7.5进展与分析174

参考文献175

第8章边界层转捩的直接数值模拟方法178

8.1引言178

8.2守恒形式N-S方程179

8.3初始条件179

8.4方程离散181

8.4.1紧致差分格式181

8.4.2空间离散185

8.4.3滤波函数185

8.4.4时间推进186

8.4.5离散方法比较187

8.5边界条件188

8.5.1壁面边界条件'188

8.5.2入口边界条件189

8.5.3展向边界条件189

8.5.4特征无反射边界条件189

8.6计算网格与并行算法193

参考文献197

第9章转捩边界层的典型涡结构200

9.1引言200

9.2主流向涡和次生流向涡202

9.3多种涡结构的形成207

9.4环状涡结构分析211

9.5 K型和H型转捩的后阶段涡结构214

参考文献216

第10章转捩过程的物理现象219

10.1引言219

10.2上喷和下扫220

10.2.1涡与一次上喷和下扫220

10.2.2环状涡与二次上喷和下扫222

10.3负尖峰和正尖峰224

10.4高低速条带结构227

10.4.1条带形成和演化227

10.4.2条带特性分析229

10.5高剪切层230

参考文献235

第11章边界层转捩的后期流场238

11.1引言238

11.2 U形涡和桶形涡239

11.3湍流斑的演化242

11.4小涡结构与无序化过程245

11.5转捩后期湍流形成的新认识247

11.5.1湍流形成的经典理论247

11.5.2刘超群对湍流形成的新认识247

参考文献251

第12章边界层转捩控制255

12.1引言255

12.2影响转捩因素256

12.2.1压力梯度与物体外形256

12.2.2表面粗糙度与壁面温度258

12.2.3湍流度与压缩性260

12.3转捩控制的基本途径262

12.3.1改变边界层基本流262

12.3.2改变扰动波265

12.4转捩控制技术的应用267

12.4.1转捩预测问题267

12.4.2 NLF机翼268

12.4. 3 LFG和HLFC机翼269

12.4.4 LFG机身272

12.5转捩、分离与激波272

12.5.1分离流转捩272

12.5.2转捩与激波边界层干扰254

12.5.3有层流分离的转捩点预计253

12.6转捩控制技术的新发展277

参考文献279

彩图