可压缩平板边界层转捩大涡模拟研究：涡结构与机理

"这篇论文是关于可压缩平板边界层转捩的大涡模拟的研究，由刘海旭、郑晨炜、陈林、葛宁和唐登斌等人于2014年发表在《南京航空航天大学学报》上。研究采用大涡模拟（LES）技术，结合动态亚格子模型、预处理技术和高精度算法，对可压缩平板边界层的转捩过程进行深入探讨，揭示了转捩机制和涡结构的发展。” 在可压缩流体动力学中，边界层转捩是一个关键的物理现象，它涉及到流体从层流状态转变为湍流的过程，直接影响着飞行器或发动机表面的气动性能。论文中，研究人员通过在入口处叠加二维和三维的Tollmien-Schliting (T-S)波来模拟转捩的起始条件。T-S波是一种常见的描述层流不稳定性的波动模式。在动态亚格子模型的支持下，他们能够精确捕捉到这些波动在流场中的演化。 论文的计算结果显示，T-S波经历了线性和非线性发展阶段，逐渐破碎形成发卡涡。发卡涡是一种典型的湍流结构，其特点是涡旋紧密排列，形似卡片的边缘。在此过程中，研究人员发现发卡涡的涡腿并不完全对称，且低速条带在涡环形成的位置呈现出不连续性，这是转捩过程中的一个重要特征。这种现象揭示了壁面与流体之间的复杂相互作用。 进一步的分析表明，主流向涡与壁面的相互作用是诱导次流向涡生成的关键。这为理解湍流边界层内的能量转移和混合提供了新的视角。该研究的成果有助于提升对可压缩流动中转捩机理的理解，对于优化航空器设计、提高能源效率以及控制湍流有重要的理论和实际意义。 论文关键词包括大涡模拟、可压缩流动、边界层转捩、拟序结构和涡系演化，表明研究涵盖了多方面的流体力学内容。通过这样的数值模拟方法，科学家们能够更深入地探索复杂的流动现象，为未来的技术发展提供理论支持。