平板边界层尾流中对称型不稳定模态的产生

【作者】 董明； 吴雪松；

【机构】 天津大学大学机械学院力学系；

【摘要】 大多数流线型物体都有一个尖的尾缘,以防止大尺度分离的发生。其尾流场的稳定性与两类问题有关:(1)尾流中层流到湍流的转捩与涡脱落现象;(2)它们被看做是气动噪声的重要声源。本文选取一个最典型的物理模型:在亚声速来流中放置一个无限薄、有限长、零攻角的平板,研究尾流中不稳定模态的产生过程。由于平板是无限薄的,尾流中不存在绝对不稳定性扰动。理论上,尾流中的对流不稳定模态包括对称(varicose)模态和反对称(sinuous)模态。对后者的激发过程,人们常用涡脱落模型来描述;但是,目前尚无理论描述前者的产生过程。本文基于三层结构理论,刻画尾缘附近的基本流和尾流中的不稳定模态。对应于不同的流向位置和频率,尾流中存在粘性、粘性-无粘干扰和无粘三种模态,本文系统地研究了它们在尾流中的演化过程。采用局部散射理论框架,定量刻画了这三种模态被自由流中声波以及无粘模态被边界层中T-S波激发的过程。研究发现,感受性系数(对应于声波激发的过程)或传递系数(对应于T-S波激发的过程)都随着频率的增高而降低,但是,这并不代表高频扰动在尾流中不重要,因为其对应的增长率往往更大,以至于在远尾流场中,高频扰动累积的幅值更大,成为主导扰动。更多还原