경계층 안정성 방정식인 PSE를 이용하여 익형 표면에 형성되는 경계층의 안정성 해석을 수행하였다. 압축성 비점성 유동 해석으로 경계층 가장자리 조건을 얻고, 일반좌표계에서의 압축성 경계층 방정식을 4차 정확도로 계산하여 층류 경계층 유동장을 얻었다. 층류 경계층 데이터를 PSE의 입력으로 하여 안정성 해석을 수행하고 교란의 증폭률을 얻어 안정성 특성을 고찰 하였다. 마하수 0.5의 NACA0012 및 HSNLF(1)-0213 익형에 대한 해석을 수행하여 교란 주파수에 따른 증폭률 및 위치에 따른 교란의 진폭 분포 특성을 파악하였다. 익형의 윗면과 아랫면에서 받음각에 따른 안정성 특성을 각각 증폭률의 크기와 주파수 범위에 대해 분석하였다. 또한 중립안정성 곡선, 마하수에 따른 안정성 특성을 살펴보았으며 익형의 종류에 따른 안정성 특성 차이를 분석하였다.
Large-Eddy Simulation (LES) is applied for the simulation of compressible flat plate boundary with Reynolds number up to 5 X 10$^{5}$ . Numerical examples include shock/boundary layer interaction and boundary layer transition, aiming future application to the analysis of transonic fan/compressor cascades. The present LES code uses hybrid com-pact/WENO scheme for the spatial discretization and compact diagonalized implicit scheme for the time integration. The present code successfully predicted the bypass transition of subsonic boundary layer. As for supersonic turbulent boundary layer, mean and fluctuation velocity of the attached boundary, as well as the evolution of the friction coefficient and the displacement thickness both upstream and downstream of the separation region are all in good agreement with experiment. The separation point also agreed with the experiment. In the simulation of the shock/laminar boundary layer interaction, the dependence of the transition upon the shock strength is reproduced qualitatively, but the extent of the separation region is overpredicted. These numerical examples show that LES can predict the behavior of boundary layer including transition and shock interaction, which are hardly managed by the conventional Reynolds-averaged Navier-Stokes approach, although there needs to be more effort before achieving quantitative agreement.
A numerical study is performed to investigate the interaction between subsonic axial turbine blade boundary layer and periodically oncoming rotor induced wakes. An implicit scheme for solving the compressible Navier-Stokes equation is developed, which adopts a 4th-order compact difference for spatial discretiztion, a 2nd order Crank-Nicolson scheme for temporal discretization and the dynamic eddy viscosity model as the subgrid scale model. The efficiency and the accuracy of the proposed method are verified by applying to some benchmark problems such as laminar cylinder flow, laminar airfoil cascade flow and a transitional flat plate boundary layer flow. Computational results show good agreements with previous experimental and numerical results. Finally, flow through a stator cascade is simulated at $Re = 7.5{\times}10^5$ without free-stream turbulence intensity. The velocity fields and skin friction coefficients in the transitional region show similar trends with previous boundary layer natural transition.
A 3-dimensional compressible turbulent boundary layer solver has been developed. A time marching method is used to integrate the turbulent boundary layer equations. While the direct integration of the boundary layer equations is performed for unseparated flow regions, the inverse integration is performed for separated flow regions. The program is verified for flows that have analytical solutions or other numerical results. The solver will be merged with an Euler solver for viscous-inviscid interaction.
Experiments of shock-wave/turbulent boundary layer interaction were conducted by using a supersonic wind tunnel. Nominal Mach number was varied in the range of 1.6 to 3.0 by means of different nozzles. The objective of the present study is to investigate the effects of boundary layer suction on normal shock-wave oscillations caused by shock wave/boundary layer interaction in a straight duct. Two-dimensional slits were installed on the top and bottom walls of the duct to bleed turbulent boundary layer flows. The bleed flows were measured by an orifice. The ratio of the bleed mass flow to main mass flow was controlled below the range of 11 per cent. Time-mean and fluctuating wall pressures were measured, and Schlieren optical observations were made to investigate time-mean flow field. Time variations in the shock wave displacement were obtained by a high-speed camera system. The results show that boundary layer suction by slits considerably reduce shock-wave oscillations. For the design Mach number of 2.3, the maximum amplitude of the oscillating shock-wave reduces by about 75% compared with the case of no slit for boundary layer suction.
Matching inviscid and boundary layer methods are developed for analysis of hypersonic flow with thick boundary layer. The new equations match all the boundary layer properties with a variation in the inviscid solution near the edge, except for the normal velocity. Computational comparison are peformed for incompressible and compressible flows over a flat plate. Results from the present method are compared with Wavier-Stokes solutions. The present results are in good agreement with Wavier-Stokes solutions. They show that the new technique can provide improved predictions of heating rates and skin friction predictions for preliminary design of vehicles where shear layers and entropy layer swallowing are importantfor for preliminary design.
This paper investigates the linear stability of reacting mixing layers with special emphasis on the existence of multiple unstable modes. The governing equations for laminar flows are from two-dimensional compressible boundary-layer equations. The chemistry is a finite rate single step irreversible reaction with Arrhenius kinetics. For the incompressible reacintg mixing layer with variable density. A necessary condition for instability has been derived. The condition requires that the angular momentum, not the vorticity, to have a maximum in the flow domain. New inflectional modes of instability are found to exist in the outer part of the mixing layer. For the compressible reacting mixing layer, supersonic unstable modes may exist in the abscence of a generalized inflection point. The outer modes at high Mach numbers in the reacting mixing layer are continuations of the inflectional modes of low Mach number flows. However, the generalized inflection point is less important at supersonic flows.
In the present study, a passive control method, using the porous wall and cavity system, is applied to the shock wave/boundary layer interactions in transonic moist air flow. The two-dimensional, unsteady, compressible Navier-Stokes equations, which are fully coupled with a droplet growth equation, are solved by the third-order MUSCL type TVD finite difference scheme. Baldwind-Lomax turbulence model is employed to close the governing equations. In order to investigate the effectiveness of the present control method, the total pressure losses of the flow and the time-dependent behaviour of shock motions are analyzed in detail. The computed results show that the present passive control method considerably reduces the total pressure losses due to the shock/boundary layer interaction in transonic moist air flow and suppresses the unsteady shock wave motions over the airfoil, as well. It is also found that the location of the porous ventilation significantly influences the control effectiveness.
본 연구에서는 마이크로 임계노즐을 통한 유출계수를 예측하기 위하여, 축대칭, 압축성 Navier-Stokes 방정식을 사용한 수치계산을 수행하였다. 수치해의 적합성을 조사하기 위하여, 다양한 난류모델과 벽함수를 적용하였으며, 수치 결과들은 종래의 실험결과와 비교하였다. 그 결과 본 수치계산법은 임계노즐을 통한 유출계수를 적절하게 예측하였으며, 특히 표준 $\kappa$-$\varepsilon$난류모델과 표준 벽함수를 적용한 경우에 유출계수를 가장 잘 예측함을 알았다. 본 연구의 결과로부터 얻어진 임계노즐벽면의 난류경계층의 배제두께는 레이놀즈수가 2000에서 20000의 범위에서 임계노즐목 직경의 약 2%에서 0.6%까지 변화하였으며, 종래의 경험식과 잘 일치하였다.
This paper reports the effects of nozzle exit boundary layer swirl on the instability modes of underexpanded supersonic jets emerging from plane rectangular nozzles. The effects of boundary layer swirl at the nozzle exit on thrust and mixing of supersonic rectangular jets are also considered. The previous study was performed with a 30°boundary layer swirl (S=0.41) in a plane rectangular nozzle exit. At this study, a 45°boundary layer swirl (S=1.0) is applied in a plane rectangular nozzle exit. A three-dimensional unsteady compressible Reynolds-Averaged Navier-Stokes code with Baldwin-Lomax and Chiens $\kappa$-$\xi$ two-equation turbulence models was used for numerical simulation. A shock adaptive grid system was applied to enhance shock resolution. The nozzle aspect ratio used in this study was 5.0, and the fully-expanded jet Mach number was 1.526. The \"flapping\" and \"pumping\" oscillations were observed in the jets small dimension at frequencies of about 3,900Hz and 7,800Hz, respectively. In the jets large dimension, \"spanwise\" oscillations at the same frequency as the small dimensions \"flapping\" oscillations were captured. As reported before with a 30°nozzle exit boundary layer swirl, the induction of 45°swirl to the nozzle exit boundary layer also strongly enhances jet mixing with the reduction of thrust by 10%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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