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工学院李存标课题组气动加热机理研究取得重要进展

2018-03-27  2732


北京大学工学院李存标课题组在高超声速转捩边界层气动加热机理研究上取得突破,相关结果发表在流体力学重要期刊Physics of Fluids: Letters,J. Fluid Mech., AIAA J. 上,在国际上引起高度关注。美国AIP Scilight对他们的工作进行报道(https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5020962),认为该结果对高超声速飞行器设计至关重要,从而使高超声速飞行成为可能。南非科学院院士孙博华与美国工程院院士Elaine S Oran在国际顶级综合性期刊National Science Review中的 Research Highlight栏目中共同发表题为“New Principle for Aerodynamic Heating”的评论文章(https://academic.oup.com/nsr/advance-article-abstract/doi/10.1093/nsr/nwy035/4931756),高度评价了该工作,认为其构建了气动加热新的原理,对于高超飞行器的设计与安全具有极为重要意义。


上图:高超边界层转捩过程前期出现局部温升区HS;
下图:HS出现位置对应于二次模态波达到最大值的位置(红线)

一般认为高超声速边界层中的气动加热来自于壁面摩擦力的剪切做功。李存标课题组运用多种实验手段在北京大学高超声速静风洞中展开实验,并结合理论和计算方法,发现由包括胀压粘性在内的胀压做功过程会在转捩前期产生剧烈的气动加热,其大小可能超过完全湍流状态下的气动加热值。而这一过程是与由二次模态波引起的高频压缩---膨胀过程紧密相关。这一重要发现告诉人们,在高马赫数流动中,胀压做功特别是胀压粘性系数的作用不可忽视。准确评估其大小对于高超转捩的理论分析和计算建模具有极为重要。

成果文章链接:https://doi.org/10.1063/1.5005529