激波边界层干扰PDF电子书下载

第1章 序言 1

1.1 本书结构 2

1.1.1 关于George Inger教授 3

1.2 读者对象 4

第2章 物理本质 5

2.1 激波—边界层干扰的重要性 5

2.2 超声速流中的间断现象 6

2.2.1 激波 6

2.2.2 激波极曲线表达法 7

2.2.3 激波干扰与Edney分类 10

2.2.4 激波、阻力与效率——Oswatitsch关系 15

2.3 边界层的流动结构 17

2.3.1 边界层中的速度分布 17

2.3.2 多层结构 21

2.3.3 边界层对快速压力变化的响应 22

2.4 激波与边界层的抗衡 22

2.4.1 几种基本的二维激波—边界层干扰 22

2.4.2 边界层与激波压升的抗衡 24

2.5 无分离的弱干扰流动 27

2.5.1 入射—反射激波干扰 27

2.5.2 斜楔诱导的激波干扰 30

2.5.3 正激波与跨声速干扰 31

2.5.4 上游影响范围 32

2.6 产生边界层分离的强干扰流动 33

2.6.1 入射激波诱导的分离 33

2.6.2 斜楔诱导的分离 38

2.6.3 正激波诱导的分离（跨声速分离） 41

2.7 超声速流中的分离与自由干扰过程 43

2.7.1 自由干扰理论 43

2.7.2 入射激波诱导的湍流分离 47

2.8 激波与转捩边界层的干扰 47

2.9 高超声速干扰的独特特征 49

2.9.1 激波系与流场结构 49

2.9.2 壁面温度影响 51

2.9.3 高超声速干扰中的壁面热流 52

2.9.4 熵层效应 53

2.9.5 真实气体效应对激波—边界层干扰的影响 54

2.10 三维干扰流动简介 55

2.10.1 三维流动分离 55

2.10.2 三维干扰的拓扑结构 58

2.10.3 再议二维干扰 61

2.11 强干扰的不稳定性质 62

2.12 激波—边界层干扰的控制 64

2.12.1 控制机制 64

2.12.2 控制技术简介 65

2.13 要点总结 67

附录A 超声速流中的间断与Rankine-Hugoniot方程 68

参考文献 69

第3章 跨声速激波—边界层干扰 72

3.1 跨声速干扰简介 72

3.2 跨声速激波—边界层干扰应用及相关性能损失 72

3.2.1 跨声速机翼与叶栅 73

3.2.2 超声速发动机进气道 77

3.2.3 内流 79

3.3 正激波与边界层干扰详解 79

3.3.1 附着流干扰 80

3.3.2 激波诱导的初始分离 87

3.3.3 有分离的激波—边界层干扰 90

3.3.4 影响跨声速激波—边界层干扰的其他因素 96

3.3.5 正激波—边界层干扰的大范围不稳定性 100

3.4 跨声速激波—边界层干扰的控制 104

3.4.1 激波控制的原理 104

3.4.2 激波控制的方法 107

3.4.3 边界层控制的方法 111

参考文献 114

第4章 理想气体超声速激波—湍流边界层二维干扰及其数值模拟 116

4.1 引言 116

4.1.1 问题与方向 117

4.1.2 计算流体力学 117

4.2 二维湍流干扰 120

4.2.1 正激波—湍流边界层干扰的流动模式与初始分离准则 121

4.2.2 正激波—湍流边界层干扰数值模拟实例 126

4.2.3 压缩与压缩—膨胀拐角绕流结构及其数值模拟实例 128

4.2.4 初始分离准则、干扰模式与相似律 134

4.2.5 压缩与压缩—膨胀拐角绕流的热流与湍流度 142

4.2.6 压缩与压缩—膨胀拐角绕流的不稳定性及其数值模拟 145

4.2.7 斜激波—湍流边界层干扰 158

4.3 结论 166

参考文献 167

第5章 理想气体超声速激波—湍流边界层三维干扰及其模拟 174

5.1 引言 174

5.2 三维湍流干扰 174

5.3 三维分离流特征 175

5.3.1 简介 175

5.3.2 尖前缘非后掠支板的激波—湍流边界层干扰 177

5.3.3 尖前缘后掠支板与半锥的干扰模式及相似律 195

5.3.4 后掠压缩斜楔干扰及其模拟 201

5.3.5 双尖前缘支板干扰 207

5.4 结论 223

参考文献 225

第6章 高超声速激波—边界层干扰实验研究 230

6.1 引言 230

6.2 二维与轴对称高超声速激波—层流边界层干扰 234

6.2.1 简介 234

6.2.2 高超声速激波—层流边界层干扰的特征 234

6.2.3 激波—层流边界层干扰的边界层模型 238

6.2.4 早期的Navier-Stokes程序验证研究 241

6.2.5 高超声速激波—边界层干扰的近期Navier-Stokes与DSMC程序验证研究 244

6.3 湍流与转捩流中的激波—边界层干扰 246

6.3.1 简介 246

6.3.2 二维构型的激波—湍流边界层干扰特性 247

6.3.3 高超声速激波—湍流边界层干扰的Navier-Stokes预测 251

6.3.4 轴对称构型高超声速激波—湍流边界层干扰的计算与实验比较 252

6.3.5 超声速与高超声速后掠与扭转激波—湍流边界层干扰 255

6.3.6 轴对称／凹陷形头部构型上激波与转捩边界层的干扰 260

6.4 激波—激波—边界层干扰区特征 262

6.4.1 简介 262

6.4.2 层流、转捩和湍流中的激波—激波干扰加热 263

6.4.3 层流测量数据与Navier-Stokes及DSMC预测的比较 265

6.5 膜冷却与发汗冷却壁面的激波—边界层干扰 266

6.5.1 简介 266

6.5.2 膜冷却壁面的激波干扰 267

6.5.3 发汗冷却壁面的激波干扰 268

6.5.4 发汗冷却前缘的激波—激波干扰 270

6.6 真实气体效应对黏性干扰现象的影响 272

6.6.1 简介 272

6.6.2 真实气体效应对美国航天飞机控制面气动热特性的影响 276

6.7 结论 279

参考文献 280

第7章 高超声速激波—边界层干扰数值模拟 284

7.1 引言 284

7.2 高超声速激波—边界层干扰的物理特征 285

7.2.1 高马赫数条件下的激波—层流边界层干扰 285

7.2.2 高超声速压缩拐角流动 287

7.2.3 高超声速激波—激波干扰 289

7.3 高超声速激波—边界层干扰流动数值方法 292

7.4 验证CFD程序的双锥流动 295

7.5 结论 299

参考文献 300

第8章 上层大气高超声速激波—边界层干扰 303

8.1 引言 303

8.2 稀薄流的预测技术 303

8.3 稀薄流特征 305

8.3.1 稀薄流中的非平衡性 305

8.3.2 稀薄流中的流场结构变化 305

8.4 稀薄流高超声速激波—边界层干扰实例 309

8.4.1 简介 309

8.4.2 中空柱—裙体上的激波—边界层干扰 309

8.4.3 速度滑移与温度跃升效应 314

8.4.4 尖双锥体上的激波—边界层干扰 317

8.4.5 含有化学反应的流动 322

8.5 结论 326

附录A 动力学理论与DSMC方法 327

参考文献 332

第9章 激波—湍流边界层干扰中的激波不稳定性 335

9.1 引言 335

9.2 无分离流动 335

9.3 分离流动 337

9.3.1 简介 337

9.3.2 远下游反馈影响下的分离流 337

9.3.3 无远下游反馈影响的分离流 338

9.4 结论——不稳定性及其频率的分类 349

参考文献 350

第10章 激波—边界层干扰的分析方法 354

10.1 引言 354

10.1.1 在计算机时代做分析研究的动机 354

10.1.2 本章的研究范围 355

10.1.3 内容组成 355

10.2 激波—边界层干扰的定性特征 355

10.2.1 层流与湍流的高雷诺数行为 355

10.2.2 无分离激波—边界层干扰的一般情形 356

10.2.3 干扰区的基本结构 358

10.3 三层结构的详细分析特征 360

10.3.1 中间层 360

10.3.2 内层 363

10.3.3 中间层与内层的匹配 367

10.3.4 外层无黏压力与流动偏折的关系 369

10.3.5 三层的综合匹配 370

10.3.6 尺度特性总结与标准的三层方程形式 373

10.4 在层流干扰中的应用 376

10.4.1 超声速绝热流动 376

10.4.2 高超声速非绝热流动 382

10.4.3 跨声速流 386

10.4.4 三维干扰 387

10.5 在湍流干扰中的应用 388

10.5.1 渐近理论中的超声速／高超声速干扰 388

10.5.2 渐近理论中的跨声速流动 392

10.5.3 三维效应 394

10.6 三层方法的局限性 396

10.6.1 层流 396

10.6.2 湍流 397

附录A 壁面滑移边界条件 397

附录B 边界层剖面积分和相关问题的评估 399

B.1 层流干扰理论中的极限表达 399

B.2 层流Im的评估 400

B.3 湍流Im的评估 400

附录C 层流尺度关系中的常数 401

C.1 超声速—高超声速流动 401

C.2 绝热无激波跨声速流动 401

附录D 本章符号说明 402

D.1 基本符号 402

D.2 角标 404

D.3 特殊符号 405

参考文献 405