[发明专利]一种抑制Görtler涡二次失稳的装置及方法及存储介质

说明书

本发明涉及流体力学领域，公开了一种抑制Görtler涡二次失稳的装置及方法及存储介质。本装置包括：用于形成Görtler涡的曲面实验模型，所述曲面实验模型包括平面部分和曲面部分，所述曲面部分出现Görtler涡二次失稳对应的位置处设置有用于抑制Görtler涡二次失稳模态增长的沟槽，且所述沟槽顺着流体的流向布置，直至曲面实验模型的末端。本发明通过在曲面实验模型后半部分布置流向沟槽，可以实现抑制高超声速曲面边界层Görtler涡二次失稳模态增长，进而达到推迟高超声速曲面边界层转捩的目的。

技术领域

本发明涉及流体力学领域，尤其涉及一种抑制Görtler涡二次失稳的装置及方法及存储介质。

背景技术

当流体流过凹面时，由于离心力与法向压力梯度之间的不平衡，容易出现离心力不稳定性，形成对卷的流向涡。当出现 Görtler 不稳定性时，由于形成对卷的流向涡，边界层内存在上喷（upwash）和下扫（downwash）的区域。在上喷区域，贴近壁面的低动量流体背向壁面运动，被抛向边界层的外缘，边界层变厚，形成低速条带区；在下扫区域，边界层边缘的高动量流体流向壁面，边界层变薄，形成高速条带。当Görtler涡幅值超过一定阈值时，低速条带区容易出现二次失稳，导致条带发生摆动以及破碎形成湍流。

针对高超声速边界层中Görtler涡的研究主要通过理论和计算进行，相关的实验研究很少。在现有技术中还没有发现针对控制高超声速边界层中Görtler涡的二次失稳过程的研究。对于平板和圆锥，一般使用壁面加热、冷却或者多孔壁面控制高超声速边界层转捩过程，但是加热和冷却这些手段需要额外地增加设备，消耗能源，增加控制成本，并且这两种手段对转捩控制的效果不是十分理想，很难具有普适性。而多孔壁面主要通过抑制第二模态声扰动的方式实现对高超声速边界层转捩的控制，其对高超声速曲面边界层中Görtler涡以及Görtler涡二次失稳过程是否具有抑制作用还没有相关的研究。由于Görtler涡属于涡扰动，并且Görtler涡的二次失稳模态的扰动主要集中在靠近边界层外缘的部分，而多空壁面对声扰动以及靠近壁面附近的扰动的控制效果比较好，所以多空壁面很难实现对高超声速曲面边界层Görtler涡以及二次失稳过程的控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对高超声速曲面边界层形成对卷Görtler涡引起转捩的问题，提出了一种使用流向沟槽抑制的Görtler涡二次失稳方法，从而达到推迟转捩的目的。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种抑制Görtler涡二次失稳的装置，包括：用于形成Görtler涡的曲面实验模型，所述曲面实验模型包括平面部分和曲面部分，所述曲面部分出现Görtler涡二次失稳对应的位置处设置有用于抑制Görtler涡二次失稳模态增长的沟槽，且所述沟槽顺着流体的流向布置，直至曲面实验模型的末端。

在曲面实验模型上设置的沟槽可以抑制高超声速曲面边界层Görtler涡二次失稳模态增长，进而达到推迟高超声速曲面边界层转捩的目的。

进一步地，所述沟槽的展向波长为2-5mm，所述沟槽的深度为1-3mm；其中，所述沟槽的展向波长优选为3mm；所述沟槽的深度优选为2mm。

进一步地，所述曲面实验模型选用不锈钢或者塑料制成。

进一步地，所述沟槽采用铣刀或者车床或者3D打印的方式设置在所述曲面模型上。

第二方面，本发明提供一种抑制Görtler涡二次失稳的方法，包括：

将曲面实验模型放置在流体中，流体经过曲面实验模型后，在曲面实验模型上形成Görtler涡；

当曲面实验模型上的Görtler涡出现二次失稳时，在Görtler涡出现二次失稳对应的曲面实验模型上的位置设置向后延伸的沟槽，并将沟槽顺着流体的流向设置。