DIRECT NUMERICAL SIMULATION OF TURBULENCE ONSET IN SUPERSONIC BOUNDARY LAYER OVER A PARABOLIC PROFILE

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Laminar–turbulent transition in the boundary layer over a parabolic profile of a straight wing with a relative thickness of 10% is investigated. Freestream conditions correspond to the standard atmosphere at an altitude of 20 km and a Mach number of 3. Disturbances are introduced by a continuously operating blowing–suction actuator, which generates a relatively narrow initial frequency–wavenumber spectrum of perturbations. Direct numerical simulation is performed by solving the full unsteady compressible Navier–Stokes equations for a perfect gas. An analysis of mass-flux perturbations and their frequency–wavenumber spectra is carried out at various streamwise distances from the disturbance generator. The spatial distribution of the coherence function is presented.

Sobre autores

I. Egorov

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University); Central Aerohydrodynamic Institute

Dolgoprudny, Russian Federation; Zhukovsky, Russian Federation

I. Ilyukhin

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University); Central Aerohydrodynamic Institute

Email: ivan.ilyukhin@phystech.edu
Dolgoprudny, Russian Federation; Zhukovsky, Russian Federation

S. Kalugin

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Dolgoprudny, Russian Federation

Bibliografia

  1. Fedorov A. Transition and Stability of High-Speed Boundary Layers // Annual Review of Fluid Mechanics. 2011. V. 43. P. 79–95. https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-122109-160750
  2. Kachanov Y.S. Physical Mechanisms of Laminar-Boundary-Layer Transition. V. 26 / Y. S. Kachanov. Annual Reviews, 1994.
  3. Гапонов С.А., Маслов А.А. Развитие возмущений в сжимаемых потоках. Новосибирск : Наука, 1980. 144 с.
  4. Егоров И.В., Пальчековская Н.В. Численное моделирование восприимчивости сверхзвукового пограничного слоя к акустическим возмущениям в течениях сжатия и разрежения // Доклады РАН. Физика, Технические Науки. 2021. Т. 497.№1. С. 40–43. https://doi.org/10.31857/S2686740021020036.5
  5. Шубин К.В., Чувахов П.В. Взаимодействие акустических возмущений со сверхзвуковым пограничным слоем на плоской пластине // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2023. № 6. С. 3–13. https://doi.org/10.31857/S102470842260066X
  6. Чувахов П.В., Егоров И.В. Численное моделирование эволюции возмущений в сверхзвуковом пограничном слое над углом разрежения // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2021.№5. С. 49–60. https://doi.org/10.31857/S0568528121050029
  7. Яцких А.А., Афанасьев Л.В. Численное моделирование эволюции локализованных возмущений от двух синхронных разнесенных источников в сверхзвуковом пограничном слое // Теплофизика и аэромеханика. 2022.№6. С. 923–934.
  8. Guo P., Hao J., and Wen C.-Y. Interaction and breakdown induced by multiple optimal disturbances in hypersonic boundary layer // Journal of Fluid Mechanics. 2023. V. 974. P. A50. https://doi.org/10.1017/jfm.2023.814
  9. Chuvakhov P.V., Ilyukhin I.M., and Fedorov A.V. Stability of supersonic boundary layer over an unswept wing with a parabolic airfoil // Theoretical and Computational Fluid Dynamics. 2024. V. 38.№1. P. 1–13. https://doi.org/10.1007/s00162-023-00680-z
  10. Moralev I. et al. Stochastic disturbances, induced by plasma actuator in a flat plate boundary layer // Physics of Fluids. 2022. V. 34.№5. P. 054117. https://doi.org/10.1063/5.0091894
  11. Косинов А.Д. и др. Экспериментальное исследование эволюции контролируемых возмущений в продольном вихре, порожденном в пограничном слое плоской пластины при числе Маха 2 // Прикладная механика и техническая физика. 2023. Т. 64.№4. С. 118–129. https://doi.org/10.15372/PMTF202215232
  12. Афанасьев Л.В., Ермолаев Ю.Г., Косинов А.Д., Кочарин В.Л., Семенов Н.В., Яцких А.А. Экспериментальное исследование структуры возмущений от двух импульсных источников в сверхзвуковом пограничном слое пластины // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2023.№4. С. 27–36. https://doi.org/10.31857/S1024708423600070
  13. Redford J.A., Sandham N.D., and Roberts G.T. Numerical simulations of turbulent spots in supersonic boundary layers: Effects of Mach number and wall temperature // Progress in Aerospace Sciences. 2012. V. 52. Numerical simulations of turbulent spots in supersonic boundary layers. P. 67–79. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2011.08.002
  14. Егоров И.В., Новиков А.В., Чувахов П.В. Численное моделирование развития турбулентных пятен в сверхзвуковом пограничном слое на пластине // Математическое моделирование. 2022. Т. 34.№7. С. 63–72. https://doi.org/10.20948/mm-2022-07-04
  15. Чувахов П.В., Погорелов И.О. Источники турбулентности на прямом крыле сверхзвукового пассажирского самолeта // Математическое моделирование. 2022. Т. 34.№8. С. 19–37. https://doi.org/10.20948/mm-2022-08-02
  16. Egorov I.V., Palchekovskaya N.V. Numerical Simulation of the Nonlinear Stage of Laminar-Turbulent Transition in a Supersonic Boundary Layer in the Presence of Acoustic Disturbances // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2025. https://doi.org/10.1007/s10891-025-03092-4
  17. Wagner A., Schu‥lein E., Petervari R., Hannemann K. et al. Combined free-stream disturbance measurements and receptivity studies in hypersonic wind tunnels by means of a slender wedge probe and direct numerical simulation // Journal of Fluid Mechanics. 2018. V. 842. P. 495–531. https://doi.org/10.1017/jfm.2018.132
  18. Afanasev L.V., Kosinov A.D., and Semionov N. About the Relationship between Disturbances in a Free Supersonic Flow and Disturbances in a Boundary Layer at Mach Number 2 // Siberian Journal of Physics. 2020. V. 15. № 2. P. 50–60. https://doi.org/10.25205/2541-9447-2020-15-2-50-60
  19. Borodulin V.I., Kachanov Y.S., and Roschektayev A.P. Experimental detection of deterministic turbulence // Journal of Turbulence. 2011. V. 12.№23. P. 1–34. https://doi.org/10.1080/14685248.2011.573792
  20. Borodulin V.I., Kachanov Y.S. On properties of the deterministic turbulence and reproducibility of its instantaneous and statistical characteristics // Theoretical and Applied Mechanics Letters. 2014. V. 4. № 6. P. 062004. https://doi.org/10.1063/2.1406204
  21. Wu X. New Insights into Turbulent Spots // Annual Review of Fluid Mechanics. 2023. V. 55.№1. P. 45–75. https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-120720-021813
  22. Kneer S., Guo Z., Kloker M.J. Control of laminar breakdown in a supersonic boundary layer employing streaks // Journal of Fluid Mechanics. 2022. V. 932. P. A53. https://doi.org/10.1017/jfm.2021.1047
  23. Trefethen L.N. et al. Hydrodynamic Stability Without Eigenvalues // Science. 1993. V. 261. № 5121. P. 578–584. https://doi.org/10.1126/science.261.5121.578
  24. Илюхин И.М., Егоров И.В. Формирование турбулентного пятна в сверхзвуковом пограничном слое на параболическом профиле // Прикладная механика и техническая физика, 2025. №2. C. 96–109.
  25. Башкин В.А., Егоров И.В. Численное моделирование динамики вязкого совершенного газа. М.: Физматлит, 2012. 372 с.
  26. Егоров И.В., Новиков А.В. Прямое численное моделирование ламинарно-турбулентного обтекания плоской пластины при гиперзвуковых скоростях потока //Журнал вычислительной математики и математической физики. 2016. Т. 56.№6. С. 1064–1081. https://doi.org/10.7868/S0044466916060120
  27. Новиков А.В. Численное моделирование устойчивости и ламинарно-турбулентного перехода в гиперзвуковом пограничном слое : диссертация ... д-ра ф.-м. наук: 01.02.05.Жуковский, 2017. 229 с.
  28. Jiang G.-S., Shu C.-W. Efficient Implementation of Weighted ENO Schemes // Journal of Computational Physics, 1996. Vol. 126(1). P. 202–228. https://doi.org/10.1006/jcph.1996.0130
  29. Roe P.L. Approximate Riemann solvers, parameter vectors, and difference schemes // Journal of Computational Physics, 1981. Vol. 43.№2. P. 357–372. https://doi.org/10.1016/0021-9991(81)90128-5
  30. Saad Y., Schultz M.H. GMRES: A Generalized Minimal Residual Algorithm for Solving Nonsymmetric Linear Systems // SIAM Journal on Scientific and Statistical Computing, 1986. V. 7. №3. P. 856–869. https://doi.org/10.1137/0907058
  31. Чувахов П.В., Погорелов И.О., Шубин К.В. Универсальный подход к анализу диссипативных свойств численного метода решения уравнений газодинамики // Журнал вычислительной математики и математической физики. Т. 63.№9. С. 1554–1563.
  32. Harris C.R. et al. Array programming with NumPy // Nature. 2020. V. 585.№7825. P. 357–362. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2649-2
  33. Chang C.-L., Malik M.R. Oblique-mode breakdown and secondary instability in supersonic boundary layers // Journal of Fluid Mechanics. 1994. V. 273. P. 323–360. https://doi.org/10.1017/S0022112094001965
  34. Afanasiev L.V. et al. On the Methodology for Estimating the Relationship of Disturbances Using Digital Signal Processing in Relation to Measurements in Supersonic Flows // Siberian Journal of Physics. 2023. V. 17. № 4. P. 58–71. https://doi.org/10.25205/2541-9447-2022-17-4-58-71

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).