Численное моделирование взаимодействия сверхзвукового пограничного слоя с акустической волной

На основе прямого числового моделирования исследовано взаимодействие сверхзвукового пограничного слоя на бесконечно тонкой пластине с акустическими волнами при числе Маха набегающего потока М = 2. Впервые проведены параметрические численные исследования возмущений внутри пограничного слоя, порожденных акустической волной, произвольно ориентированной в пространстве. Расчеты выполнены при различных значениях как углов падения и скольжения (волновой вектор параллелен поверхности пластины), так и частоты. Основные расчеты осуществлялись для чисел Рейнольдса, незначительно превышающих критические значения потери устойчивости. Установлено, что амплитуда возмущений скорости в пограничном слое превышает амплитуду внешней акустической волны в несколько раз. При малых углах падения и скольжении интенсивность колебаний увеличивается с ростом числа Рейнольдса. При достаточно больших значениях этих углов в зависимостях амплитуды возмущений от числа Рейнольдса существуют максимумы, которые смещаются к передней кромке пластины с увеличением угла. При фиксированном положении на пластине и частоте колебаний имеются критические углы скольжения и падения, при которых порожденные в пограничном слое возмущения максимальны. Возбуждение колебаний в пограничном слое звуковой волной более эффективно, если пластина облучается сверху. На основании расчетов при разных частотах показано, что положение минимума в зависимости амплитуды порожденных возмущений скорости, с хорошей точностью совпадают с положением нижней ветви кривой нейтральной устойчивости.

Ключевые слова

сверхзвуковой пограничный слой, гидродинамическая устойчивость, акустические волны

Получено

17.10.2018

Дата публикации

15.12.2018

Цитировать Скачать pdf Для скачивания PDF необходимо авторизоваться

ГОСТ	Гапонов С. А. , Семенов А. Н. Численное моделирование взаимодействия сверхзвукового пограничного слоя с акустической волной // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа – 2018. – Номер 6 C. 76-86 [Электронный ресурс]. URL: http://ras.jes.su/mzg/s207987840000953-7-2 (дата обращения: 29.04.2024). DOI: 10.31857/S056852810002303-4
MLA	Gaponov, S., Semenov, A. "Numerical Simulation of the Interaction of a Supersonic Boundary Layer with an Acoustic Wave." Izvestiia Rossiiskoi akademii nauk. Mekhanika zhidkosti i gaza 6 (2018):76-86. DOI: 10.31857/S056852810002303-4
APA	Gaponov S., Semenov A. (2018). Numerical Simulation of the Interaction of a Supersonic Boundary Layer with an Acoustic Wave. Izvestiia Rossiiskoi akademii nauk. Mekhanika zhidkosti i gaza (6), pp.76-86 DOI: 10.31857/S056852810002303-4

Размещенный ниже текст является ознакомительной версией и может не соответствовать печатной.

всего просмотров: 1137

Оценка читателей: голосов 0

1. Линь Ц. Ц. Теория гидродинамической устойчивости. М.: ИЛ, 1958. 196 с.

2. Mack L. M., Boundary Layer Stability Theory, JPL 900–277 Rev. A. Jet Propulsion Lab. Pasadenaю. Calif., Nov. 1969.

3. Гапонов С. А., Маслов А. А. Развитие возмущений в сжимаемых потоках/ Отв. ред. В. Я. Левченко. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1980. 144 с.

4. Mack L. M. On the Application of Linear Stability Theory and the Problem of Supersonic Boundary layer Transition // AIAA J. V. 13. № 3. 1975.

5. Гапонов С. А. Взаимодействие сверхзвукового пограничного слоя с акустическими возмущениями // Изв. АНСССР. МЖГ. 1977. № 6. С. 51–56.

6. Gaponov S. A., Smorodsky B. V. Acoustics and instability of high-speed boundary layers // Int. J. Mech. 2012. V. 6. № 1. P. 9–16.

7. Gaponov S. A. Excitation of Instability Waves in the Supersonic Boundary Layer by Sound. IUTAM Symposium Potsdam. Springer-Verlag, 1993.

8. Гапонов С. А., Петров Г. В., Смородский Б. В. Линейное и нелинейное взаимодействие акустических волн со сверхзвуковым пограничным слоем // Аэромеханика и газовая динамика. 2002. № 3. С. 21–30.

9. Gaponov S. A. Aeroacoustics of supersonic boundary layers // Int. J. Aeroacoustics. 2014. V. 13. № 1–2. P. 85–111.

10. Zhong X. Leading-edge receptivity to freestream disturbance waves for hypersonic flow over a parabola // J. Fluid Mech. 2001. № 441. P. 315–367.

11. Ma Y., Zhong X. Receptivity of a supersonic boundary layer over a flat plate. Part 2. Receptivity to freestream sound // J. Fluid Mech. 2003. № 488. P. 79–121.

12. Balakumar P. Transition in a Supersonic Boundary layer Due to Roughness and AcousticDisturbances // AIAAPaper 2003–3589, 2003.

13. Егоров И. В., Судаков В. Г., Федоров А. В. Численное моделирование восприимчивости сверхзвукового пограничного слоя к акустическим возмущениям // Изв. РАН. МЖГ. 2006. № 1. C. 42–53.

14. Маслов А. А., Кудрявцев А. Н., Миронов С. Г., Поплавская Т. В., Цырюльников И. С. Численное моделирование восприимчивости гиперзвукового ударного слоя к акустическим возмущениям // ПМТФ. 2007. Т. 48. № 3. C. 87–91.

15. Balakumar P. Receptivity of a Supersonic Boundary Layer to Acoustic Disturbances // AIAA J. V. 47. № 5. May 2009. P. 1034–1041.

16. Balakumar P, King R. A., Chou A., Owens L. R., and Kegerise M. A. Receptivity and Forced Response to Acoustic Disturbances in High-Speed Boundary Layers // AIAA 2016–3193. 2016.

17. Судаков В. Г. Численное моделирование влияния угла наклона акустических волн на восприимчивость гиперзвукового пограничного слоя // Уч. зап. ЦАГИ. 2010. Т. XLI. № 3. С. 31–41.

18. ANSYS Fluent Theory Guide. Realese 12.1, 2009.

19. Gaponov S. A., Semenov A. N. Numerical simulation of the disturbances development in a supersonic boundary layer // Int. J. Math. Models and Methods in Appl. Sciences. 2016. V. 10. P. 220–228.

20. Гапонов С. А., Смородский Б. В. Дифракция акустических волн на передней кромке плоской пластины, помещенной в сверхзвуковой поток // ПМТФ. 2005. Т. 46. № 2. С.64–70.