角區(qū)三維分離流附著鞍點拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其演化

張 華 胡 波

Muhammad Yamin Younis

王 宏

(北京航空航天大學(xué) 航空科學(xué)與工程學(xué)院，北京100191)

角區(qū)流動廣泛存在于航空、航天以及其他諸多空氣動力學(xué)和流體力學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域.由于角區(qū)流動包含了豐富而復(fù)雜的三維分離現(xiàn)象，并對飛行器和流體機(jī)械的性能產(chǎn)生重要影響，因此引起研究者廣泛的關(guān)注［1－5］.角區(qū)典型流動是來流邊界層在突起物產(chǎn)生的逆壓梯度作用下分離而形成的空間三維馬蹄渦系.在對三維分離流的分析中人們廣泛應(yīng)用“極限流線包絡(luò)線”分離模式［6］、“摩擦力線收攏漸近線”分離線模式［7］和“開式/閉式”分離模式［8－9］來描述三維分離流動，盡管這幾種分離描述之間還存在一定差別，但都反映了人們對常規(guī)三維分離現(xiàn)象的基本認(rèn)識:三維分離是近壁流線匯合時向上抬起而形成空間分離面和三維旋渦的現(xiàn)象.

按照文獻(xiàn) ［7］的三維定常分離概念，分離線是從壁面鞍點出發(fā)的一根摩擦力線，且是鄰近摩擦力線的收攏漸近線，在空間對稱面流動結(jié)構(gòu)則體現(xiàn)為分離半鞍點，該常規(guī)分離結(jié)構(gòu)被稱為“分離鞍點結(jié)構(gòu)”.然而文獻(xiàn) ［10－12］等對圓柱/平板角區(qū)層流馬蹄渦的數(shù)值模擬卻表明，對稱面近壁流線并非是從壁面向上抬起，而是經(jīng)由空間的一個鞍點向壁面附著，即角區(qū)平板上游鞍點是一個附著鞍點.

文獻(xiàn)［13］曾采用激光片光和常規(guī)流動顯示方法研究附著鞍點結(jié)構(gòu)，然而其實驗方法尚缺乏足夠的分辨率.文獻(xiàn) ［14］曾利用粒子圖像測速 (PIV，Particle Image Velocimetry)技術(shù)從定量的角度初步證實……