可壓縮繞流的熱控制和整體穩(wěn)定性.pdf

1、可壓縮繞流問題一直是國內(nèi)外流體力學(xué)學(xué)者的重要研究課題，研究對其的控制和相關(guān)的穩(wěn)定性分析也從來沒有間斷過。本文主要研究了局部加熱圓柱繞流的各種穩(wěn)定性現(xiàn)象，并采用尾跡型參數(shù)剖面作為入口邊界條件給予了機(jī)理性解釋，此外，還研究了熱控制下的大攻角細(xì)長體繞流問題以及繞球和圓盤流動(dòng)的可壓縮三維整體穩(wěn)定性問題。
　　 首次實(shí)現(xiàn)了對圓柱不同位置進(jìn)行加熱以研究其加熱效果的分析方法，著重研究了Re=60，Mach=0.2，不同加熱比T*=Tw/T∞(

2、T∞=293.15K)下的加熱圓柱繞流問題。研究發(fā)現(xiàn)，不同圓柱壁面位置加熱的效果是完全不一樣的。圓柱的迎風(fēng)面和背風(fēng)面位置加熱能夠減弱甚至完全抑制超臨界Reynolds數(shù)下Karman渦街的脫落，但是，當(dāng)加熱圓柱兩側(cè)面位置(垂直于流向)，加熱比為T*=1.6時(shí)，首次發(fā)現(xiàn)了一個(gè)相反的穩(wěn)定性效果：加熱使得流場更加失穩(wěn)，甚至在亞臨界Reynolds數(shù)下仍能激勵(lì)Karman渦街的生成。
　　 通過對變密度的圓柱尾跡型剖面的數(shù)值計(jì)算發(fā)現(xiàn)，圓

3、柱背風(fēng)面加熱使得尾跡區(qū)內(nèi)部低速流體密度降低，對流場起整體致穩(wěn)作用；兩側(cè)面加熱使得尾跡區(qū)外部高速流體密度降低幅度很大，對流場起整體失穩(wěn)作用。另外，排除密度型對流場穩(wěn)定性的影響發(fā)現(xiàn)，速度型本身在溫度驅(qū)動(dòng)下對流場穩(wěn)定性的作用也是不同的。這些致穩(wěn)或失穩(wěn)作用隨著加熱比增長的強(qiáng)弱是不同的，表現(xiàn)為兩種作用機(jī)制的相互競爭，并導(dǎo)致了圓柱兩側(cè)面加熱存在著隨加熱比變化的完全不同甚至相反的加熱效果。
　　 受加熱圓柱繞流的啟發(fā)，針對大攻角細(xì)長體繞流問題

4、，提出了一種新的局部加熱擾動(dòng)模型。該模型消除了擾動(dòng)塊等模型中的網(wǎng)格不對稱現(xiàn)象，使得計(jì)算結(jié)果更為可靠。研究發(fā)現(xiàn)，隨著滾轉(zhuǎn)角的變化，局部加熱擾動(dòng)模型的側(cè)向力是單周期雙穩(wěn)態(tài)變化的。跟擾動(dòng)塊模型相比，溫度擾動(dòng)模型可能是一種比較弱的擾動(dòng)，它很容易被擾動(dòng)塊等模型產(chǎn)生的流場效果所淹沒。
　　 實(shí)現(xiàn)了基于三維可壓縮Navier-Stokes方程擬線化方法的整體穩(wěn)定性問題的數(shù)值求解，并采用隱式重啟的Arnoldi方法求解其特征值問題。針對三維可壓