验证是否是激波,在已经按上述方法确定激波位置(可以随时间变化)时,在激波波前指定一点,随该点运动並检验其在跨过激波时的熵的变化。由于流体质点的熵在激波前及激波后都几乎保持为常数,只有通过激波时才有突变,所以这种方法可以确凿无疑地证实激波的存在。
2.分析了小激波的存在对流场的影响及小激波强度与入口处扰动幅值的关系。
近年来,有人试图将不可压缩流的流动稳定性非线性理论直接套用到超音速流中来。本论文分析了激波前后扰动速度剖面的变化,还研究了入口处扰动幅值
与激波强度的关系。小激波强度在入口处扰动幅值小于0.05时随扰动幅值线性增加。小激波的存在会使激波前后扰动的外形有显著的差别,小激波强度越大则扰动速度分布外形改变越大。而在无激波区显然扰动速度分布的变化是连续和光滑的。从所得结果看,不能简单地将不可压缩流的流动稳定性非线性理论直接推广用于有小激波的超音速流。因而,研究小激波对扰动演化的作用是一个重要的课题。
第三部分
提出了在超音速混合层中激发大尺度结构的新方法
由于马赫数较高时,实验十分困难,因此本论文用直接数值模拟的方法对超音速混合层中大尺度结构的新的激发方法进行了研究。
对混合层通过外加激励以增强混合效果,在理论上和工程技术中都有重要意义。通常的方法是在混合层中引人不稳定波以控制大尺度涡的发展以控制混合。但此方法对超音速流作用很小,因为超音速混合层的不稳定波增长率太小。wang%26fiedler的在圆管中的不可压混合层入口处低速部分加振荡的实验表明,在一定参数下引入振荡可极大地提高混合效率。对二维亚音速可压混合层的低速入口部分加入沿流向的振荡数值模拟结果证实了这一方法对亚音速可压混合层也能增强混合。但对于超音速流是否有同样的效果,是一个值得探讨的问题。
在实际混合装置中,扰动引入的实际操作是否轻易实现、展向涡的发展是否快、其饱和后的涡尺度是否大,这是衡量某种扰动方式能否增强混合及是否实用的主要因素。
本论文比较两种方法,即在混合层入口的低速部分强迫其沿流向振荡,和在入口处引入t-s波,看其对超音速混合层中大尺度结构的激发及演化的影响。确认了新的激发大尺度结构的方法在一定范围内是有效的。系统研究了其幅值、频率以及混合层的速度比和对流马赫数等参数对混合的影响。
结果表明对于对流马赫数小于1的超音速混合流,在低速入口部分加入沿流向的振荡或在入口处引入t-s波均能增强混合,但前者比后者更有效。此外,还比较系统地研究了引入的振动的幅值、频率以及混合层的速度比和对流马赫数等参数对混合的影响。
对二维超音速混合层,在各种参数相同的情况下,与在入口处引入t-s波相比,在低速部分加入沿流向的振荡这种激励方式,尽管输入功率和产生的激波强度较大,但混合层中涡的发展快,而且引入振荡有实际可操作性。相比之下,要引入大幅值ts波,操作起来更不轻易。
振动频率是影响混合层展向涡发展的重要参数。频率越低涡的尺度越大,但出现的地方则推后。当振动频率低于0.05时,开始在混合层中激发出小尺度涡,而且频率越低则小尺度涡的个数增多。小尺度涡的出现对混合有利。任何装置都只有有限长度,可根据涡的尺度及涡出现早晚这两个因素,选择一最佳频率。
对一定的速度比ra,对流马赫数ma越大混合越不好。当ma大于1时,对所有的频率,都无法激发大尺度涡。而对一定的ma,ra越小混合越不好。
展向涡的出现随着振动幅值的增大而加快。但展向涡的饱和尺度并不随着振动幅值的增大而不断增大,说明其演化最终取决于混合层
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