对于高超声速飞行器内外流动，流向压力梯度会显著改变边界层瞬时结构和时均参数分布，并影响飞行器工作特性。本书针对受压力梯度影响的超声速湍流边界层问题，主要介绍了受顺压力梯度、逆压力梯度等影响的超声速边界层特性。全书一共包含6章。第1章主要介绍压力梯度作用下超声速湍流边界层的研究背景和基础概念；第2章梳理顺压力梯度影响边界层时均和统计特性的基本规律；第3章阐述逆压力梯度对边界层的影响规律和机制；第4章介绍曲面压缩边界层的组织结构和统计特性；第5章和第6章则针对实际内外流问题，重点阐述由激波/湍流边界层、柱形涡流发生器等外界扰动引入压力梯度的边界层特性。
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国家重大专项科技工程专项资金，超声速燃烧尺度效应与不稳定机理研究，2016.12-2020.12，120
目录
前言
第1章 基本概念 1
1.1 超声速湍流边界层 1
1.1.1 概述 1
1.1.2 超声速湍流边界层中的湍流结构 3
1.2 湍流数值模拟方法 6
1.2.1 流动控制方程 6
1.2.2 雷诺平均方法 7
1.2.3 SST k-ω模型 9
1.2.4 大涡模拟方法 11
1.2.5 亚格子模型 12
1.3 压力梯度边界层 13
1.3.1 顺压力梯度边界层 14
1.3.2 逆压力梯度边界层 17
1.3.3 受壁面曲率效应影响的边界层 20
1.4 受扰动的超声速湍流边界层 23
1.4.1 受二维激波干扰的超声速湍流边界层 24
1.4.2 受三维激波干扰的超声速湍流边界层 27
1.5 本书概要 32
参考文献 33
第2章 顺压力梯度作用下的超声速湍流边界层 44
2.1 顺压力梯度平板边界层流动 44
2.1.1 顺压力梯度平板边界层直接数值模拟方法及验证 44
2.1.2 顺压力梯度平板边界层平均流动特性 47
2.1.3 顺压力梯度平板边界层湍流结构 52
2.1.4 顺压力梯度平板边界层湍流统计特性 60
2.2 顺压力梯度膨胀拐角边界层流动 64
2.2.1 膨胀拐角边界层直接数值模拟方法及验证 64
2.2.2 膨胀拐角恢复区的平均流动特性 66
2.2.3 膨胀拐角恢复流动中的瞬时湍流结构 72
2.2.4 膨胀拐角湍流强度与湍动能分析 80
2.2.5 膨胀拐角流动实验观测 87
2.3 顺压力梯度凸曲壁边界层流动 91
2.3.1 凸曲壁边界层直接数值模拟方法及验证 91
2.3.2 凸曲壁边界层平均流动特性 94
2.3.3 凸曲壁边界层湍流结构 98
2.3.4 凸曲壁边界层湍流统计特性 103
2.3.5 凸曲壁边界层实验观测 107
2.4 本章小结 114
参考文献 115
第3章 超声速逆压力梯度平板边界层 118
3.1 逆压力梯度平板边界层 118
3.2 逆压力梯度平板边界层的典型特征 120
3.2.1 逆压力梯度平板边界层的时均特性 120
3.2.2 瞬态流场与湍流结构 130
3.2.3 湍动能分析 138
3.3 逆压力梯度的作用机制 146
3.4 本章小结 149
参考文献 150
第4章 超声速凹曲壁边界层 152
4.1 超声速凹曲壁边界层的组织结构 152
4.1.1 湍流结构的三维时空演化 152
4.1.2 湍流结构的空间相关性 160
4.2 流向凹曲率对超声速湍流边界层统计特性的影响 166
4.2.1 凹曲壁边界层的统计特性 166
4.2.2 不同曲率对边界层的影响 183
4.3 凹曲壁影响超声速湍流边界层的物理机制 187
4.4 本章小结 194
参考文献 195
第5章 平面激波/湍流边界层干扰流场 196
5.1 平面激波/湍流边界层干扰流场分析 196
5.1.1 流场激波结构分析 196
5.1.2 流场自由干扰特性与能量平衡 201
5.2 不同强度激波作用下的平面激波/湍流边界层干扰流场瞬态特性 208
5.2.1 瞬态流场结构 208
5.2.2 流场拉格朗日拟序结构分析 213
5.3 不同壁温下的平面激波/湍流边界层干扰流场特性 216
5.3.1 流场时均特性分析 218
5.3.2 不同壁温下流场瞬态结构及分析 222
5.4 本章小结 228
参考文献 228
第6章 受扰动的超声速湍流边界层 229
6.1 受横向射流影响的湍流边界层 229
6.1.1 实验与数值模拟设置 229
6.1.2 射流流场实验观测 231
6.1.3 边界层内部射流结构与流场 238
6.1.4 边界层湍流特性 248
6.1.5 数值仿真结果 256
6.2 受圆柱突起影响的湍流边界层 262
6.2.1 实验与数值模拟设置 262
6.2.2 受圆柱影响的边界层流场观测 264
6.2.3 圆柱附近边界层内部结构与流动 268
6.2.4 圆柱影响与内边界层湍流特性 276
6.3 本章小结 285
参考文献 285
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