湍流边界层与高温气体效应耦合的直接数值模拟

针对高超声速湍流边界层开展了直接数值模拟研究,对高温气体效应与湍流的耦合作用机理进行了分析.研究表明,高温气体效应使边界层内平均温度显著降低,平均密度显著升高.对于湍流脉动量,高温气体效应对温度脉动有较强的抑制作用,而对流向及壁面法向速度脉动和密度脉动的影响趋势在近壁面区域和边界层外层是相反的.在近壁面区域,流向和壁面法向速度脉动和密度脉动都被增强,而在边界层外层,高温气体效应则会抑制该速度脉动和密度脉动.在整个边界层内,高温气体效应使展向速度脉动降低.对于边界层内的雷诺应力,在y+>500区域,高温气体效应会使雷诺应力值减小;而在y+<500的近壁面区域内,高温气体效应明显增大了雷诺应力值,进而增强了湍流引起的动量交换,从而使壁面处速度梯度增加,最终使摩擦阻力增加.对壁面热流,高温气体效应引起的较明显的平均温度降低使得壁面温度梯度降低,导致热流降低.高温气体效应使壁面平均压强和脉动压强均增加.