关于激波与边界层相互干扰介绍

[拼音]：jibo yu bianjieceng xianghu ganrao

[外文]：interaction between shock wave and boundary layer

在超声速流场中，激波与物面附近的边界层流动会发生相互干扰，形成近壁区内的复杂流场，干扰区内激波的位置、形状和激波前后的流动参量以及边界层特性均发生变化。J.阿克莱特等人在20世纪40年代首先注意到这类干扰流动。

在超声速流场中边界层外边缘的流动为超声速，但层内流体受粘性的作用，速度迅速减低，至壁面时流体与固体的相对运动速度为零，因而层内存在超声速区和亚声速区，激波面后的高压力通过边界层内的亚声速区向上游传播至激波前区。这种从下游向上游作用的逆压梯度明显地改变了激波上游的边界层状态；干扰区内的边界层变厚，层内的速度、温度、压力、密度分布均发生变化，摩擦阻力减小，同时也改变了近壁区局部的激波结构。

如果边界层外马赫数、雷诺数和激波强度不同，干扰区的流动会呈现不同情况：

（1）未形成分离流动；

（2）形成分离泡（即在物面附近形成局部回流区），流动绕过分离泡再附体；

（3）流动分离后不再附体，此时边界层外缘附近的流场和激波形状也受到影响。

在干扰较强的区域内，通常的边界层定义和量级分析往往不再适用，因为流向速度梯度和法向速度梯度可能具有相同的量级。层流或湍流区内的干扰流动也有明显差别。例如，当边界层外缘流动条件和激波强度相同时，在层流边界层内逆压向上游传播的距离较湍流边界层远，层流边界层抵抗流动分离的能力弱。

激波边界层干扰流动，也可能出现在跨声速流场中（因为跨声速流场中可以存在超声速流）。在高超声速流动中，由于激波很靠近物面，激波与边界层相互干扰的现象比较严重。激波与边界层相互干扰流动机理的研究，在工程实际应用中有重要意义。例如，在跨声速流场中，干扰区内流动的非定常性引起壁面结构抖振，甚至发生嗡鸣，会引起气动性能的变化。在超声速和高超声速流场中，气流经过使其受压缩的拐角时所产生的激波会与边界层相互干扰，不仅改变流场特性，也改变气动加热状态。

60年代以来，这方面的研究工作不断深入，一方面探讨干扰区域流动特性的一般规律，包括马赫数和雷诺数的影响；另一方面，又同非定常分离流动、边界层控制、壁面结构响应和环境等课题结合起来。

参考书目

1. J.Ackeret，F. Feldmann and N.Rott，Untersuchungen anVerdichtungsstssen und Grenzschichten in Schnell Bewegten Gasen，Report No.10 of the Inst.of Aerodynamics， ETH，zürich，1946.
2. H.Schlichting，Boundary Layer Theory ，7 th ed.，McGrawHill，New York，1979.