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高超声速圆锥边界层转捩纹影显示

陈苏宇 常雨 李强 江涛 张扣立

陈苏宇, 常雨, 李强, 等. 高超声速圆锥边界层转捩纹影显示[J]. 实验流体力学, 2019, 33(2): 51-56. doi: 10.11729/syltlx20180061
引用本文: 陈苏宇, 常雨, 李强, 等. 高超声速圆锥边界层转捩纹影显示[J]. 实验流体力学, 2019, 33(2): 51-56. doi: 10.11729/syltlx20180061
Chen Suyu, Chang Yu, Li Qiang, et al. Schlieren visualization of hypersonic boundary layer transition on a circular cone[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(2): 51-56. doi: 10.11729/syltlx20180061
Citation: Chen Suyu, Chang Yu, Li Qiang, et al. Schlieren visualization of hypersonic boundary layer transition on a circular cone[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(2): 51-56. doi: 10.11729/syltlx20180061

高超声速圆锥边界层转捩纹影显示

doi: 10.11729/syltlx20180061
基金项目: 

国家重点研发计划"大科学装置前沿研究"重点项目 2016YFA0401201

详细信息
    作者简介:

    陈苏宇(1990-), 男, 湖北沙洋人, 硕士, 助理工程师。研究方向:高超声速气动热与边界层转捩。通信地址:四川省绵阳市二环路南段6号(621000)。E-mail:13398378118@163.com

    通讯作者:

    陈苏宇, E-mail:13398378118@163.com

  • 中图分类号: V211.71

Schlieren visualization of hypersonic boundary layer transition on a circular cone

  • 摘要: 为发展高超声速边界层转捩的试验研究手段,在中国空气动力研究与发展中心(CARDC)超高速空气动力研究所的FD-14激波风洞上开展了基于纹影显示技术的边界层转捩特性研究。试验模型为半锥角为7°的钝锥,头部钝度Rn有2.0和0.5mm两种。试验的名义马赫数为8和10,单位雷诺数变化范围为1.6×107~4.4×107m-1,高速相机的拍摄帧频20kHz。纹影显示捕捉到了第二模态不稳定波和湍流斑的空间结构。对纹影图像的灰度分布进行了功率谱密度(PSD)分析,结果表明第二模态波长约为边界层厚度的2倍。对纹影图像序列的分析表明,湍流斑波前传播速度大于波尾,并且略大于边界层外缘速度。
  • 图  1  纹影系统光路示意图

    Figure  1.  Schematic of schlieren optical setup

    图  2  子午线热流测量结果(流场1,头部钝度2.0mm)

    Figure  2.  Heat flux results of meridian under the freestream condition 1 with Rn=2.0mm

    图  3  子午线热流测量结果(流场3,头部钝度2.0mm)

    Figure  3.  Heat flux results of meridian under the freestream condition 3 with Rn=2.0mm

    图  4  纹影图像、灰度分布及功率谱密度分析结果(流场3,头部钝度2.0mm)

    Figure  4.  Schlieren images, gray scale density distribution and PSD results under the freestream condition 3 with Rn=2.0mm

    图  5  纹影图像、灰度分布及功率谱密度分析结果(流场1,头部钝度2.0mm)

    Figure  5.  Schlieren images, gray scale density distribution and PSD results under the freestream condition 1 with Rn=2.0mm

    图  6  t0+50μs时刻边界层4个位置的法向灰度分布

    Figure  6.  Vertical gray scale density distribution of four locations of boundary layer at t0+50μs

    图  7  纹影图像、灰度分布及功率谱密度分析结果(流场2,头部钝度0.5mm)

    Figure  7.  Schlieren images, gray scale density distribution and PSD results under the freestream condition 2 with Rn=0.5mm

    图  8  流场1~3的纹影图像功率谱密度曲线

    Figure  8.  PSD curves of grey denstiy of schlieren images under the freestream conditions 1~3

    表  1  流场条件

    Table  1.   Freestream conditions

    流场 Ma Re/m-1 U/(m·s-1)
    1 8.2 2.7×107 1329
    2 8.1 4.4×107 1228
    3 10.2 1.6×107 1376
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    表  2  湍流斑传播速度

    Table  2.   Propagation speed of turbulent spot

    区间 t0~t0+50μs t0+50μs~t0+100μ
    Uf/(m·s-1) 1400
    Ut/(m·s-1) 740 760
    Ut/U 0.56 0.57
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-06-13
  • 修回日期:  2019-01-07
  • 刊出日期:  2019-04-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日