超声速混合层流动与混合增强

目录 第1章 超声速混合层概述 1 1.1 混合层研究历程 1 1.2 混合层增长特性 3 1.3 混合层常见分析方法 4 1.3.1 空间关联特性 5 1.3.2 湍流间歇特性 6 1.3.3 湍流分形理论 6 1.3.4 谱分析理论 7 1.4 超声速混合层的特殊性 7 1.4.1 超声速混合层度量参数 8 1.4.2 超声速混合层的流场结构 12 1.4.3 可压缩效应对增长率的影响 14 1.4.4 可压缩效应对湍流强度的影响 14 1.4.5 压缩性抑制混合的物理机制 15 参考文献 17 第2章 试验研究与数值仿真方法 20 2.1 超声速混合层试验研究 20 2.1.1 超声速混合层风洞设计 20 2.1.2 流场测量和可视化技术 22 2.2 超声速混合层直接数值模拟 24 2.2.1 控制方程 25 2.2.2 数值计算方法 27 2.2.3 并行环境和超算平台 31 2.2.4 格式验证与分析 32 参考文献 35 第3章 超声速混合层结构和流动特性 40 3.1 弱可压混合层流场特性 40 3.1.1 流场校测 40 3.1.2 流场结构显示 42 3.1.3 小激波结构 43 3.1.4 速度场分析 44 3.1.5 湍流强度特性 46 3.1.6 增长特性 48 3.2 强可压混合层流场特性 49 3.2.1 计算模型和可行性验证 50 3.2.2 流场结构可视化分析 53 3.2.3 混合过程的湍流统计特性 60 3.3 不同来流条件下超声速混合层流动特性 76 3.3.1 密度比变化的影响 76 3.3.2 速度比变化的影响 78 3.3.3 对流马赫数变化的影响 79 3.3.4 湍流强度分布 81 3.3.5 结构拓扑特性 82 参考文献 85 第4章 基于机器学习的超声速混合层特性 87 4.1 基于深度学习的超声速混合层增长率数据处理 88 4.1.1 处理方法 88 4.1.2 评估指标 89 4.1.3 结果分析 90 4.2 超声速混合层湍流张量场及动力学特性研究 91 4.2.1 K-means聚类方法 92 4.2.2 基于K-means聚类的湍流张量场研究 94 4.2.3 聚类数目与聚类中心 95 4.2.4 聚类结果空间分布 97 4.2.5 聚类结果的时间演化 99 4.2.6 马尔可夫链及其遍历性 100 4.2.7 基于K-M模型的流体系统动力学特性分析方法 101 4.2.8 基于K-M模型的超声速混合层流体系统动力学特性研究 103 4.3 基于POD方法的超声速混合层时空演化分析 111 4.3.1 POD方法 112 4.3.2 模态能量分布 114 4.3.3 模态系数时间演化特性及频域特性分析 117 4.3.4 模态空间结构 120 参考文献 120 第5章 超声速混合层被动增强技术 121 5.1 被动混合增强技术分类 121 5.1.1 促使流动提前失稳 121 5.1.2 诱导大尺度流向涡结构 123 5.1.3 激波诱导混合增强 126 5.2 三角波瓣结构装置诱导混合增强 127 5.2.1 试验件结构设计 127 5.2.2 流场结构显示 128 5.2.3 分形分析 134 5.2.4 间歇特性分析 136 5.3 斜激波诱导混合增强 139 5.3.1 计算模型和参数 139 5.3.2 流场结构分布 140 5.3.3 混合层增长特性 144 5.3.4 激波与涡结构作用机制 148 5.4 凹腔自激振荡诱导混合增强 152 5.4.1 流场可视化结果 153 5.4.2 凹腔对混合特性的影响 155 5.4.3 隔板的凹腔构型参数对掺混特性的影响 155 5.4.4 凹腔诱导混合增强的机理研究 159 参考文献 161 第6章 超声速混合层主动混合增强技术 163 6.1 主动混合增强技术分类163 6.1.1 平板自激振荡 163 6.1.2 激励器 164 6.1.3 回流装置 165 6.2 强迫振动诱导混合增强 166 6.2.1 试验件结构设计 166 6.2.2 流场可视化结果 168 6.2.3 强迫振动对掺混特性的影响 174 6.3 入口激励主动混合增强 177 6.3.1 计算模型和激励方式 178 6.3.2 流场可视化分析 179 6.3.3 K-H涡增长特性 184 6.3.4 空间相关性分析 184 参考文献 188