Simulación Numérica Directa de la Transición de Capa Límite Inducida por Elementos de Rugosidad en Flujo Supersónico
Autores: Wang, Haiyang; Liu, Zaijie; Huang, Hexia; Tan, Huijun; Zhao, Dan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Simulación Numérica Directa de la Transición de Capa Límite Inducida por Elementos de Rugosidad en Flujo Supersónico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Investigación
Mecanismos de transición
Elementos de rugosidad
Capa límite
Laminar
Turbulento
Flujo
Supersónico
Flujo libre
DNS
Análisis de estabilidad BiGlobal
Estrías de alta velocidad
Estela
Capa de cizallamiento
Par de vórtices contrarrotativos
CVP
Modos propios
Desestabilización del flujo
Tira de rugosidad
Atenuado
Disipación
Pares de vórtices en forma de herradura
Modos antisimétricos
Predicción
Control
Fundamentos técnicos
Marcos teóricos.
Licencia
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Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
La investigación actual sobre los mecanismos de transición inducidos por elementos de rugosidad de altura moderada sigue siendo insuficientemente explorada. Por lo tanto, se emplean simulación numérica directa (DNS) y análisis de estabilidad BiGlobal en este estudio para investigar la transición de la capa límite de flujo laminar a turbulento inducida por elementos de rugosidad aislados de altura moderada y tiras de rugosidad bajo un flujo supersónico a Mach 3.5. El análisis de los resultados de DNS revela que el elemento de rugosidad aislado induce la transición dentro de la capa límite, caracterizada por dos rachas de alta velocidad en el remolino. Esta transición se atribuye al acoplamiento entre la capa de cizallamiento separada en el vértice de la rugosidad y el par de vórtices contrarrotantes aguas abajo (CVP). El análisis de estabilidad BiGlobal identifica además que los modos propios simétricos dominan el proceso de transición en el remolino, promoviendo activamente la desestabilización del flujo. Por el contrario, la configuración de la tira de rugosidad suprime la transición, con solo rachas de alta velocidad atenuadas persistiendo en el remolino cercano antes de la disolución completa. El flujo del remolino exhibe múltiples CVPs y pares de vórtices en forma de herradura adyacentes interactuando con la capa de cizallamiento, con modos antisimétricos dominando este proceso. Estos hallazgos proporcionan fundamentos técnicos y marcos teóricos para predecir y controlar la transición inducida por rugosidad.
Descripción
La investigación actual sobre los mecanismos de transición inducidos por elementos de rugosidad de altura moderada sigue siendo insuficientemente explorada. Por lo tanto, se emplean simulación numérica directa (DNS) y análisis de estabilidad BiGlobal en este estudio para investigar la transición de la capa límite de flujo laminar a turbulento inducida por elementos de rugosidad aislados de altura moderada y tiras de rugosidad bajo un flujo supersónico a Mach 3.5. El análisis de los resultados de DNS revela que el elemento de rugosidad aislado induce la transición dentro de la capa límite, caracterizada por dos rachas de alta velocidad en el remolino. Esta transición se atribuye al acoplamiento entre la capa de cizallamiento separada en el vértice de la rugosidad y el par de vórtices contrarrotantes aguas abajo (CVP). El análisis de estabilidad BiGlobal identifica además que los modos propios simétricos dominan el proceso de transición en el remolino, promoviendo activamente la desestabilización del flujo. Por el contrario, la configuración de la tira de rugosidad suprime la transición, con solo rachas de alta velocidad atenuadas persistiendo en el remolino cercano antes de la disolución completa. El flujo del remolino exhibe múltiples CVPs y pares de vórtices en forma de herradura adyacentes interactuando con la capa de cizallamiento, con modos antisimétricos dominando este proceso. Estos hallazgos proporcionan fundamentos técnicos y marcos teóricos para predecir y controlar la transición inducida por rugosidad.