超聲速混合層流動與混合增強

目錄
第1章 超聲速混合層概述 1
1.1 混合層研究歷程 1
1.2 混合層增長特性 3
1.3 混合層常見分析方法 4
1.3.1 空間關聯(lián)特性 5
1.3.2 湍流間歇特性 6
1.3.3 湍流分形理論 6
1.3.4 譜分析理論 7
1.4 超聲速混合層的特殊性 7
1.4.1 超聲速混合層度量參數(shù) 8
1.4.2 超聲速混合層的流場結(jié)構(gòu) 12
1.4.3 可壓縮效應對增長率的影響 14
1.4.4 可壓縮效應對湍流強度的影響 14
1.4.5 壓縮性抑制混合的物理機制 15
參考文獻 17
第2章 試驗研究與數(shù)值仿真方法 20
2.1 超聲速混合層試驗研究 20
2.1.1 超聲速混合層風洞設計 20
2.1.2 流場測量和可視化技術 22
2.2 超聲速混合層直接數(shù)值模擬 24
2.2.1 控制方程 25
2.2.2 數(shù)值計算方法 27
2.2.3 并行環(huán)境和超算平臺 31
2.2.4 格式驗證與分析 32
參考文獻 35
第3章 超聲速混合層結(jié)構(gòu)和流動特性 40
3.1 弱可壓混合層流場特性 40
3.1.1 流場校測 40
3.1.2 流場結(jié)構(gòu)顯示 42
3.1.3 小激波結(jié)構(gòu) 43
3.1.4 速度場分析 44
3.1.5 湍流強度特性 46
3.1.6 增長特性 48
3.2 強可壓混合層流場特性 49
3.2.1 計算模型和可行性驗證 50
3.2.2 流場結(jié)構(gòu)可視化分析 53
3.2.3 混合過程的湍流統(tǒng)計特性 60
3.3 不同來流條件下超聲速混合層流動特性 76
3.3.1 密度比變化的影響 76
3.3.2 速度比變化的影響 78
3.3.3 對流馬赫數(shù)變化的影響 79
3.3.4 湍流強度分布 81
3.3.5 結(jié)構(gòu)拓撲特性 82
參考文獻 85
第4章 基于機器學習的超聲速混合層特性 87
4.1 基于深度學習的超聲速混合層增長率數(shù)據(jù)處理 88
4.1.1 處理方法 88
4.1.2 評估指標 89
4.1.3 結(jié)果分析 90
4.2 超聲速混合層湍流張量場及動力學特性研究 91
4.2.1 K-means聚類方法 92
4.2.2 基于K-means聚類的湍流張量場研究 94
4.2.3 聚類數(shù)目與聚類中心 95
4.2.4 聚類結(jié)果空間分布 97
4.2.5 聚類結(jié)果的時間演化 99
4.2.6 馬爾可夫鏈及其遍歷性 100
4.2.7 基于K-M模型的流體系統(tǒng)動力學特性分析方法 101
4.2.8 基于K-M模型的超聲速混合層流體系統(tǒng)動力學特性研究 103
4.3 基于POD方法的超聲速混合層時空演化分析 111
4.3.1 POD方法 112
4.3.2 模態(tài)能量分布 114
4.3.3 模態(tài)系數(shù)時間演化特性及頻域特性分析 117
4.3.4 模態(tài)空間結(jié)構(gòu) 120
參考文獻 120
第5章 超聲速混合層被動增強技術 121
5.1 被動混合增強技術分類 121
5.1.1 促使流動提前失穩(wěn) 121
5.1.2 誘導大尺度流向渦結(jié)構(gòu) 123
5.1.3 激波誘導混合增強 126
5.2 三角波瓣結(jié)構(gòu)裝置誘導混合增強 127
5.2.1 試驗件結(jié)構(gòu)設計 127
5.2.2 流場結(jié)構(gòu)顯示 128
5.2.3 分形分析 134
5.2.4 間歇特性分析 136
5.3 斜激波誘導混合增強 139
5.3.1 計算模型和參數(shù) 139
5.3.2 流場結(jié)構(gòu)分布 140
5.3.3 混合層增長特性 144
5.3.4 激波與渦結(jié)構(gòu)作用機制 148
5.4 凹腔自激振蕩誘導混合增強 152
5.4.1 流場可視化結(jié)果 153
5.4.2 凹腔對混合特性的影響 155
5.4.3 隔板的凹腔構(gòu)型參數(shù)對摻混特性的影響 155
5.4.4 凹腔誘導混合增強的機理研究 159
參考文獻 161
第6章 超聲速混合層主動混合增強技術 163
6.1 主動混合增強技術分類163
6.1.1 平板自激振蕩 163
6.1.2 激勵器 164
6.1.3 回流裝置 165
6.2 強迫振動誘導混合增強 166
6.2.1 試驗件結(jié)構(gòu)設計 166
6.2.2 流場可視化結(jié)果 168
6.2.3 強迫振動對摻混特性的影響 174
6.3 入口激勵主動混合增強 177
6.3.1 計算模型和激勵方式 178
6.3.2 流場可視化分析 179
6.3.3 K-H渦增長特性 184
6.3.4 空間相關性分析 184
參考文獻 188