作者信息：

能源与动力学院：刘再接、黄河峡

论文简介：

本文采用直接数值模拟的方法，对超声速边界层二次不稳定诱导转捩的机理和控制进行了数值研究。揭示基本、次谐波、非对称次谐波和失谐共振的转捩机制，并利用局部壁冷却带控制这些二次不稳定性。结果表明，高振幅主模态和低振幅次模态之间的非线性相互作用是导致转捩的主要原因。非对称次谐波谐振的转捩时间最早，而基次谐波谐振的转捩时间最晚。还研究了壁面冷却效应。结果表明，较低的壁面温度显著抑制了二次不稳定性，稳定模式占主导地位，并导致明显的流向涡。数值数据表明，所有由二次不稳定引起的转捩都会导致充分发展的湍流边界层，并得到表面摩擦和比例速度剖面的支持。转捩控制实例表明，局部壁面冷却带可以通过抑制主模的生长来显著延缓转捩。发现上游控制条具有更明显的抑制效果。基频谐振和非对称次谐波谐振对局部壁面冷却带的位置敏感，并表现出较强的转捩延迟效应。

用于数值模拟的计算域

先行稳定性结果

瞬时流速等高线

论文链接：

Phys. Fluids 36, 054110 (2024); doi: 10.1063/5.0212839