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超声速湍流边界层密度场特性

何霖 易仕和 陆小革

超声速湍流边界层密度场特性

何霖, 易仕和, 陆小革
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  • 本文采用基于纳米示踪平面激光散射技术的密度场测量方法,对Ma=3.0零压力梯度平板湍流边界层的密度场特性进行了实验研究,分析了边界层密度场的平均特性和脉动特性,并利用泰勒假设将空间信号转换为时域信号,对密度脉动的频谱特性进行了分析.研究发现,随着高度增加,边界层平均密度逐渐增大,但密度脉动仅在对数区内逐渐增大,在边界层外层却逐渐减小.密度脉动的概率密度函数在对数区内呈正态分布.从频谱特性可以发现,湍流边界层内部密度脉动具有丰富的脉动频率,最高达到MHz量级;在边界层近壁区和外层,密度脉动以低频分量为主;在对数区,高频分量与低频分量所占的比例基本相同.结合速度和密度同时测量发现,密度脉动与质量流量脉动在概率密度分布和频谱特性方面具有非常好的一致性,但与速度脉动相关性不大.超声速湍流边界层内部强烈密度脉动,及其与速度脉动的明显差别,是可压缩湍流边界层与不可压湍流边界层的显著区别之一.
      通信作者: 何霖, helin@nudt.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11302256)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-07-18
  • 修回日期:  2016-10-17
  • 刊出日期:  2017-01-20

超声速湍流边界层密度场特性

  • 1. 国防科学技术大学航天科学与工程学院, 长沙 410073
  • 通信作者: 何霖, helin@nudt.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11302256)资助的课题.

摘要: 本文采用基于纳米示踪平面激光散射技术的密度场测量方法,对Ma=3.0零压力梯度平板湍流边界层的密度场特性进行了实验研究,分析了边界层密度场的平均特性和脉动特性,并利用泰勒假设将空间信号转换为时域信号,对密度脉动的频谱特性进行了分析.研究发现,随着高度增加,边界层平均密度逐渐增大,但密度脉动仅在对数区内逐渐增大,在边界层外层却逐渐减小.密度脉动的概率密度函数在对数区内呈正态分布.从频谱特性可以发现,湍流边界层内部密度脉动具有丰富的脉动频率,最高达到MHz量级;在边界层近壁区和外层,密度脉动以低频分量为主;在对数区,高频分量与低频分量所占的比例基本相同.结合速度和密度同时测量发现,密度脉动与质量流量脉动在概率密度分布和频谱特性方面具有非常好的一致性,但与速度脉动相关性不大.超声速湍流边界层内部强烈密度脉动,及其与速度脉动的明显差别,是可压缩湍流边界层与不可压湍流边界层的显著区别之一.

English Abstract

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