《磁场中弱电离气体二维平板超音速边界层扰动演化研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磁场中弱电离气体二维平板超音速边界层扰动演化研究（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、天津大学 硕士学位论文 磁场中弱电离气体二维平板超音速边界层扰动演化研究 姓名：李存 申请学位级别：硕士 专业：流体力学 指导教师：曹伟 20070601 中文摘要 本文采用直接数值模拟( D N S ) 的方法，模拟了六种不同外加磁场下 以= 4 5 、弱电离的二维平板边界层的基本流场及边界层中第二模态不稳定波的 一 ， 非线性演化。外加磁场由放置于平板下方的二维磁偶极子产生，控制方程为具有 磁力项的N S 方程。通过与没有外加磁场作用时结果的比较，得出以下结论： 1 由在平板下方放置不同二维磁偶极子产生的磁场对流场压力的影响都是 相似的，即它们都使压力产生了波动从而产生了逆压梯度和顺压梯度
2、， 且压力的波峰数与外加磁场产生的洛伦兹力的流向分量E 的绝对值的 极大值数目相同，在边界层内，压力出现波峰的位置与f 的绝对值极大 时的位置大致相同，而在边界层外，压力出现波峰的位置滞后于E 的 绝对值极大时的位置，并且离边界层越远，这种滞后越明显。这种影响 对外加磁场产生方式的敏感性不是很强，而主要决定与外加磁场的强 度。 2 由在平板下方放置不同二维磁偶极子产生的磁场对超音速边界层基本 流的影响也是相似的，即它们都使边界层附近同一y 处的流向速度有所 减小从而使边界层的厚度增加；都在很大程度上改变了法向速度；都使 壁面摩擦系数减小。上述影响对外加磁场产生方式的敏感性也不是很 强，同样主要
3、决定与外加磁场的强度。 3 由在平板下方放置不同二维磁偶极子产生的磁场对第二模态不稳定波演 化的影响也是相似的，即它们都很大程度地抑制第二模态不稳定波的增 长，这种抑制作用对外加磁场的加入方式的敏感性也不是很强，同样主 要决定与外加磁场的强度。 关键字：直接数值模拟超音速边界层外加磁场弱电离二维磁偶极 子磁力项 A B S T R A C T I nt h i s p a p e r , s t e a d yb a s ef l o wa n dn o n l i n e a re v o l u t i o no fs e c o n dm o d e i n s t a b i l i
4、t yw a v ei nw e e k l yi o n i z e dM a c h4 5b o u n d a r yl a y e ro nf l a tp l a t ew i t hs i x d i f f e r e n ti m p o s e dm a g n e t i cf i e l d sa r es i m u l a t e db yd i r e c tn u m e r i c a ls i m u l a t i o n T h e i m p o s e dm a g n e t i cf i e l d sa r eg e n e r a t e db
5、 yp l a c i n gt w o - d i m e n s i o n a lm a g n e t i cd i p o l e s b e l o wt h ef l a tp l a t es u r f a c e T h eN Se q u a t i o n sw i t ht h ea p p l i e dm a g n e t i cf o r c et e r m s a r et a k e na st h eg o v e r n i n ge q u a t i o n s B yc o m p a r i n gw i t ht h er e s u l
6、t sg o tw i t h o u t i m p o s e dm a g n e t i cf i e l d ，t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sa r ed r a w n ： T h ei m p o s e dm a g n e t i cf i e l d sg e n e r a t e db yp l a c i n gt w o d i m e n s i o n a l d i p o l e sb e l o wt h ef l a tp l a t es u r f a c ee x e r ts i m i l
7、 a re f f e c t so nt h ep r e s s u r e o ff l o wf i e l d ，t h a ti s ，t h ep r e s s u r ei sc a u s e dt of l u c t u a t ew h i c hm e a n st h e e x i s t e n c eo ff a v o r a b l ep r e s s u r eg r a d i e n ta n da d v e r s ep r e s s u r eg r a d i e n t ， t h en u m b e ro ft h ep e a
8、k so fp r e s s u r ei st h es a m ew i t ht h eo n eo fe x t r e m e s o ft h ea b s o l u t ev a l u eo fm a g n e t i cf o r c e Sc o m p o n e n ti nXd i r e c t i o n ( 正) I nb o u n d a r yl a y e r , t h el o c a t i o n so fp r e s s u r e Sc r e s t sa r ea l m o s tt h es a m e w i t ht h
9、eo n e sw h e r et h ea b s o l u t ev a l u eo fl 。r e a c h e si t se x t r e m i t y , w h i l eo u to fb o u n d a r yl a y e r , t h e r ei sah y s t e r e s i so ft h el o c a t i o n so f p r e s s u r e Sc r e s t st ot h eo n e sw h e r et h ea b s o l u t ev a l u eo f 正r e a c h e si t s
10、e x t r e m i t y ，a n dt h ef u r t h e ra w a yf i o mt h eb o u n d a r yl a y e r , t h em o r e s i g n i f i c a n tt h eh y s t e r e s i si s T h ed e g r e eo fi m p o s e dm a g n e t i cf i e l d s e f f e c t so np r e s s u r eo ff l o wf i e l dv a r i e sa n di sm a i n l yd e t e r m
11、 i n e db yt h e s t r e n g t ho ft h ei m p o s e dm a g n e t i cf i e l d ，a n di ti sn o tv e r ys e n s i t i v et ot h e d i f f e r e n ta r r a n g e m e n t so ft h em a g n e t i cd i p o l e s 2 T h ei m p o s e dm a g n e t i cf i e l d sg e n e r a t e db yp l a c i n gt w o d i m e n
12、s i o n a l d i p o l e sb e l o wt h ef l a tp l a t es u r f a c ea l s oi m p o s es i m i l a re f f e c t so ns t e a d y b a s ef l o w , w h i c hm e a n s ，t h ef l o wi nt h ev i c i n i t yo ft h eb o u n d a r yl a y e ri s r e t a r d e db yt h ei m p o s e dm a g n e t i cf i e l d s ，t
13、 h i sr e s u l t si nt h et h i c k e n i n go f b o u n d a r yl a y e r ；t h en o r m a lv e l o c i t yi ss t r o n g l ym o d i f i e db yt h ei m p o s e d m a g n e t i cf i e l d s ；s k i nf r i c t i o nc o e f f i c i e n ti sr e d u c e de v e r y w h e r eo nt h e f l a tp l a t e T h ed
14、 e g r e eo fi m p o s e dm a g n e t i cf i e l d s e f f e c t so ns t e a d yb a s e f l o wv a r i e sa n di sa l s om a i n l yd e t e r m i n e db yt h es t r e n g t ho ft h ei m p o s e d m a g n e t i cf i e l d ，a n d i ti s a l s on o t v e r ys e n s i t i v et o t h ed i f f e r e n t a
15、 r r a n g e m e n t so ft h em a g n e t i cd i p o l e s ， T h ei m p o s e dm a g n e t i cf i e l d s g e n e r a t e db yp l a c i n gt w o - d i m e n s i o n a l d i p o l e sb e l o wt h ef i a tp l a t es u r f a c ea l s oh a v es i m i l a re f f e c t so nn o n l i n e a r e v o l u t i
16、o no fs e c o n dm o d ei n s t a b i l i t yw a v e ，i tm e a n s ，t h es e c o n dm o d e i n s t a b i l i t yw a v ei ss u b s t a n t i a l l ys t a b i l i z e db yt h ei m p o s e dm a g n e t i cf i e l d s ， t h ed e g r e eo fs t a b i l i z a t i o nv a r i e sa n di sa l s om a i n l yd e t e r m i n e db yt h e s t r e n g t ho ft h ei m p o s e dm a g n e t i cf i e l d ，a n di ti sa l s on o tv e r ys e n s i t i v et o t h ed i f f e r e n ta r r a n g
