The bistability of curved compression ramp flows
本文通过思想实验与三维直接数值模拟,揭示了弯曲压缩坡道流动在相同边界条件下存在分离与附着两种稳定状态的双稳态性,并指出其对超声速/高超声速飞行器全局气动热力学特性的重要影响。
2023-04-07 physics.flu-dyn
Hypersonic curved compression ramp flows with bistable states
对弯曲压缩斜面(CCR)流动中的双稳态状态和分离滞后现象以及相应的气动特性(包括壁面摩擦、压力和热流)进行了数值和理论研究。对旋转角变化引起的分离滞后现象以及来流马赫数和壁面温度对滞后现象的影响进行了直接数值模拟。分析了壁面摩擦力、压力和热流密度的分布。此外,壁摩擦的第一和第二个最小值的出现在分离泡的解释,揭示它是由分离和再附着冲击引起的逆压梯度占主导地位。目前的结果和分析表明,史密斯(伦敦皇家学会会刊。A. Mathematical and Physical Sciences,1988,420:21-52)在CCR流中不太可能发生。分离态峰值压力的预测证实了基于最小粘性耗散定理的模型(Physics of Fluids,2020,32(10):101702)。而压力超调可以通过压缩和膨胀过程的压力匹配激波极线来分析。根据经典的幂函数关系,讨论了分离态和附着态的峰值热流密度与峰值压升之间的关系。
2021-09-01 physics.flu-dyn
Transition scenario in hypersonic axisymmetrical compression ramp flow
在自由飞行马赫数为5、过渡雷诺数为1的条件下,对15 °轴对称压缩斜面引起的激波/过渡边界层干扰进行了高保真模拟。为了激发对流不稳定性,用白噪声扰动计算域的入口。相干结构提取使用频谱本征正交分解(SPOD),它给出了一个数学上的最佳分解的时空相关的结构内的流。平均流被用来进行预解式分析,以研究非正态线性放大机制。预解式分析和SPOD结果之间的比较提供了对流动中起作用的线性和非线性机制的见解。为了进行分析,将流动分成三个主要的感兴趣区域:附着边界层、混合层和再附着区域。所观察到的过渡过程是依赖于在边界层在很宽的频率范围内的斜模式的线性放大。这些模式非线性地相互作用以产生细长的流向结构,然后在域的其余部分中通过线性机制放大,直到它们在再附着区域中预锻。早期的非线性相互作用被发现是必不可少的过渡过程。
2020-09-17 physics.flu-dyn
Two-stage growth mode for lift-off mechanism in oblique shock-wave/jet interaction
采用大涡模拟方法研究了超燃冲压发动机斜激波/喷流相互作用(简称OS/JI)中超声速流向涡的升离特性。激波后氦气射流立即变形为一对具有同向旋转伴涡的流向涡,表现出提离特性。基于斜激波结构框架下的目标坐标系,发现激波诱导流向涡三维提离结构的本质是由激波泡相互作用(简称SBI)结构动力学的两阶段增长模式内在而精确地控制的。OS/JI和SBI之间惊人的相似结构支持了这样的命题,即流向涡的升力是潜在的二维涡运动的结果。通过考虑第一阶段的脉冲线性增长率,提出并验证了一种适用于SBI的改进涡传播模型。本文中的数值OS/JI情况和文献中的壁挂式斜坡喷射器情况的提离现象在SBI的两阶段结构动力学模型下得到了很好的解释。该模型进一步预测了在较高的自由流马赫数(M > 5)下,增加斜板压缩对提升流向涡的影响不大,而在较低的自由流马赫数(M < 3.5)下,斜板压缩对提升流向涡有明显的升离作用,为超燃冲压发动机基于流向涡的斜板引射器的初步设计提供了新的思路。
2020-07-21 physics.flu-dyn
Acoustic Loading Beneath High-Speed Flow Over a Compression Ramp at Different Angles
California Institute of Technology(加州理工学院)
通过大涡模拟研究高超声速边界层接近压缩角时的压力波动,改变压缩角,发现均方根壁面压力波动强度随分离强度剧增,还分析了声学载荷、压力事件及频谱能量变化等。
2026-07-07 physics.flu-dyn
Aerodynamic Design Considerations for Biconic Supersonic Air Intakes Revisited
Yanxiki Tech(彦奇科技);Agency for Defense Development(国防开发局)
本文重新审视双锥形超音速进气口设计,发现调整斜面或锥角、偏移唇口及使用强斜激波可提高总压力恢复,且设计修改简单且成本低廉。
2025-12-26 physics.flu-dyn
Understanding the instability-wave selectivity of hypersonic compression ramp laminar flow
本研究结合多种稳定性分析方法,揭示了高超声速压缩拐角层流分离泡对不同频率、维度不稳定波的选择性放大与冻结机制,为高超声速分离流不稳定性早期演化研究提供了理论依据。
2025-03-24 physics.flu-dyn
A Compression-Directional Entropic Stress Method for Shock-Regularized Compressible Flow
The Hong Kong Polytechnic University(香港理工大学)
提出一种基于信息几何正则化的压缩方向熵应力方法,通过沿压缩主方向的张量应力替代标量熵压力,实现激波选择性正则化,并在多维可压缩流问题中验证其有效性。
2026-05-26 physics.flu-dyn
Hypersonic Shock-Wave/Boundary-Layer Interaction on a Three-Dimensional Expansion-Compression Geometry
Sandia National Laboratories(桑迪亚国家实验室)
实验研究了马赫数5和8下细长锥体三维膨胀-压缩几何体的流场,发现分离激波锁定在膨胀角上,分离区随雷诺数变化,并观察到大规模低频呼吸运动。
2026-06-19 physics.flu-dyn
Effect of ozone sensitization on the reflection patterns and stabilization of standing detonation waves induced by curved ramps
本研究采用间断伽辽金方法模拟,探讨了添加臭氧对曲面斜坡诱导的驻定爆震波流动特性、反射模式及稳定性的影响,发现曲率与臭氧共同作用会改变起爆区长度、爆震衰减及反射类型。
2024-10-17 physics.flu-dyn
High-fidelity simulations of microramp-controlled shock wave/boundary layer interaction
本文采用DNS研究马赫数2、摩擦雷诺数600下微型斜坡对斜激波/湍流边界层相互作用的控制效应,揭示其对分离拓扑、涡结构、壁面压力及低频激波振荡的影响。
2024-02-29 physics.flu-dyn
Shock compression-based equation of state for perfluorohexane
ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院);European Synchrotron Radiation Facility(欧洲同步辐射装置)
本研究通过冲击压缩法和多目标优化,为perfluorohexane建立方程状态,用于模拟冲击波传播并验证其在生物医学应用中的有效性。
2025-08-15 physics.flu-dyn
Detached eddy simulation of shock unsteadiness in an over-expanded planar nozzle
本文用分离涡模拟方法研究了三维平面过膨胀喷管内的自激激波振荡湍流。时间分辨壁压测量值用作主要诊断。统计分析表明,激波非定常与其它经典激波/边界层相互作用(如压缩斜板和平板上的入射激波)在压力脉动均方根方面具有共同的特征。利用傅里叶变换和连续小波变换进行频谱分析。前者的结果表明,在冲击区的压力的特点是一个广泛的低频内容,没有任何共振音。小波分析是研究非平稳过程的一种有效方法,它揭示了压力信号在时间上具有幅度和频率的调制特性。
2016-06-16 physics.flu-dyn
Generalized Newton-Busemann Law For Two-Dimensional Steady Hypersonic-limit Euler Flows Passing Ramps With Skin-Frictions
本文研究了带表面摩擦的二维定常高超声速极限 Euler 流过斜坡问题,通过构造包含 Dirac 测度的 Radon 测度解来表示无限薄激波层,从而推广了高超声速空气动力学中的 Newton-Busemann 定律以计算斜坡上的阻力和升力分布。
2023-09-14 math-ph math.AP math.MP
Multi-Objective Aerodynamic Optimization of External Compression Supersonic Intake using Kriging/MOGA
本研究针对外压缩超声速进气道,采用Kriging元模型辅助的多目标遗传算法,优化总压恢复与压差阻力,实现接近理论最优且阻力显著降低的设计。
2024-01-30 physics.flu-dyn
Limitation in velocity of converging shock wave
通常应用的自相似解的收敛冲击波(冲击波)的演化与激波阵面后面的介质的恒定压缩的问题的结果在一个无限增加的介质速度在附近的内爆。本文利用质量守恒定律,以激波后水的压缩为变量,分析了水中圆柱激波的收敛问题。该模型预测了一个有限的半径范围,这取决于水的绝热指数和压力的增加超过了冲击波前后面的动能和内能密度的变化的总和。在此半径范围内,仅实现激波和水流速度的有限增加。
2022-02-12 physics.flu-dyn
Rarefaction-induced inflation and similarity breakdown of hypersonic bow shocks over a circular cylinder
University of Massachusetts Amherst(马萨诸塞大学阿默斯特分校);Ferdowsi University of Mashhad(马什哈德费尔多西大学)
本文研究了稀薄效应诱导的超音速弓形激波在圆柱体上的膨胀现象,通过直接模拟蒙特卡罗方法分析了不同Knudsen数下的激波结构变化,揭示了稀薄流中激波的多尺度变化机制。
2026-05-16 physics.flu-dyn
LES Study on the Mechanism of Vortex Rings behind Supersonic MVG with Turbulent Inflow
在这项研究中,我们研究了在MVG控制的斜坡流在M=2.5和Req=5760后的涡环和斜激波之间的相互作用。采用隐式大涡模拟(ILES)方法,采用5阶带宽优化WENO格式求解无滤波形式的纳维-斯托克斯方程。充分发展的入流由之前DNS模拟获得的一系列湍流廓线给出。结果表明,环形结构在穿透强激波后不会预锻破裂并保持原有的拓扑结构,斜激波受环形诱导流场的影响较大。发现了三维激波表面的凸起现象,并对其机理进行了解释。
2014-02-24 physics.flu-dyn
Energy density balance during shock wave implosion in water
本文给出了在中等收敛半径范围内,水中内爆过程中圆柱形和球形冲击波(冲击波)演化的解析模型。到目前为止,这个范围仅在实验观测中确定为已经远离活塞影响的内爆半径范围,但尚未由众所周知的自相似解描述。该模型是基于对压力和动能能量密度变化的分析,以及对激波阵面后面的内部和动能密度的相应通量的分析。结果表明,激波速度的空间演化强烈地依赖于初始压缩、水的绝热指数和收敛的几何形状。该模型还解释了在实验中观察到的只有一定半径的冲击波时,冲击波速度快速自相似增加的过渡。确定了激波内爆遵循幂律(准自相似)的临界半径对初始压缩的依赖关系。指出在整个激波半径范围内,内流和动能能量密度通量相等,这与已知的实验数据是一致的。
2022-02-12 physics.flu-dyn
Density shock waves in confined microswimmers
在微流控通道中的运动和驱动粒子表现出有趣的涌现行为,从传播密度带到密度冲击波。更深入地了解这些新兴结构的物理机制与许多物理和生物医学应用有关。在这里,我们研究的背景下,一个理想化的模型的microswimmer局限于一个狭窄的通道,并受到均匀的外部流的密度激波的形成。有趣的是,这些密度激波表现出从“亚音速”与压缩在后面的“超音速”与压缩在前面的人口作为外部流动的强度增加的过渡。这种行为是流体动力学相互作用和几何约束之间的一个非平凡的相互作用的结果,并证实了一种新的准线性波模型,正确地捕捉外部流的冲击形成的依赖。这些发现可用于指导开发新的机制来控制紧急密度分布和平均种群速度,对工业和生物技术中的各种过程具有潜在的深远影响,例如细胞在流动通道中的运输和分选。
2015-09-04 physics.flu-dyn
Effects of wave interaction on ignition and deflagration-to-detonation transition in ethylene/air mixtures behind a reflected shock
采用包含10个组分和10个反应的骨架化学模型,对一维激波管中乙烯自燃和爆燃转爆轰(DDT)动力学进行了数值研究。通过考虑不同的预混气当量比(0.2 ~ 2.0)和入射激波马赫数(1.8 ~ 3.2),研究了不同的燃烧模式。从研究的案例中观察到四种点火和DDT模式,即,无点火、爆燃燃烧、反射激波后爆燃和入射激波后爆燃。对于反射激波后的爆轰发展,形成三个自燃热点。第一个冲击波发生在壁面上,反射冲击波和接触面被重新压缩后,在爆炸区由于爆炸而进一步发展为反应冲击波。另外两个是离壁的,分别是由反射激波稀疏波相互作用和压缩混合物中的反应诱导引起的。最后一个热点发展为反应波,经过DDT过程后与反射激波耦合,最终导致爆轰燃烧。对于反射激波后的爆燃发展,波的相互作用、壁面自燃热点及其诱导反应激波的方式与入射激波反射后、反射激波稀疏波碰撞点前的爆轰方式定性相似。然而,碰撞后只诱发一个热点,该热点也发展为反应波,但无法赶上反射冲击。对于入射激波后的爆燃,爆燃燃烧是由入射激波压缩引起的,而爆震发生在激波反射之后。
2021-09-15 physics.flu-dyn
Dimensionless scaling of heat-release-induced planar shock waves in near-critical CO2
我们进行了高分辨率的一维完全可压缩的Navier-Stokes模拟的热释放引起的压缩波在近临界CO2。受Miura等人实验装置的启发,2006年,由一个封闭的无粘性(一维)管道组成,在三个超临界压力下,绝热硬端填充有CO2。相应的初始温度值沿拟沸腾线取。采用Peng-Robinson状态方程和Chung方法模拟了近临界条件下CO2的热力学和输运性质。在距离一端一定距离处施加热源,其热释放强度范围为10^3-10^11 W/m^2,产生的等熵压缩波的值小于10^9 W/m^2。对于更高的放热率,这种压缩与明显的类似激波的特征(例如,非等熵性和可测得的大于1的传播马赫数)结合在一起,并且由于强烈的热力学非线性,存在非均匀的激波后状态。由此产生的压缩波强度已经通过热膨胀系数,在近临界流体中高度可变,作为参考能量的标度参数之一崩溃。建议的缩放适用于等熵热声波以及冲击波的冲击强度2。长期的时间积分揭示了压缩波的共振行为,在每个共振周期提高了平均压力和温度。当热注入停止时,产生膨胀波,膨胀波抵消压缩波,使传导成为唯一的热弛豫过程。在长期演化过程中,利用等温边界条件定性地再现了实验中观察到的共振波振幅衰减。
2017-02-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Compression and reswelling of microgel particles after an osmotic shock
我们使用专用的微流控装置将软水凝胶颗粒暴露于外部施加的渗透压的快速变化中,并观察到非单调响应:在初始快速压缩后,颗粒缓慢地重新膨胀到大约其原始尺寸。使用一个简单的现象学和一个更精细的多孔弹性模型,我们提取重要的材料性能,从一个单一的微流体实验,包括压缩模量,凝胶渗透性和渗透剂的扩散率凝胶内。我们希望我们的方法是相关的应用程序,如控制释放,色谱和响应材料。
2016-12-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph