以激波、湍流和剪切层为主要特征的复杂流动机理研究

针对以高超声速飞行为背景的流动环境，伴随有激波、边界层、混合层、湍流及其相互作用等极其复杂的流动现象，采用实验、数值模拟和理论分析密切结合的方法，在完善和发展灵活多变的实验模拟与精细测量、高效高精度与大规模数值计算方法和平台的基础上，深入开展激波/边界层、激波/湍流、分离流动等复杂流动机理研究，分析和总结这些复杂作用对高超声速飞行器升阻力特性、发动机推力性能等的影响机制和规律，探索有效控制和提高效能的途径，为新一代高超声速飞行器的研发提供概念指导和方法支撑。

项目工作首先关注基础性的超声可压缩湍流边界层流动特性、高超声速激波干扰、射流与超声速来流相互作用、涡环与固壁相互作用等复杂流动现象和机理的揭示，进而结合航空航天需求背景，还研究了以高超声速前体/进气道为典型代表的激波/边界层干扰、进气道起动、激波振荡等工程应用中倍受关注的问题。主要成果可概括如下：.(1) 研究了超声速湍流边界层流动在速度梯度不变量空间的拓扑结构演化和可压缩效应的影响。研究表明：与不可压缩区相比，压缩区的流体通常更稳定，膨胀区的流体通常更不稳定；可压缩性会增强湍流的耗散，流体膨胀时通常比压缩时耗散更强。.(2) 研究了超声速来流中的横向脉冲射流问题。研究发现，脉冲作用使剪切层卷起的涡结构尺度增大，脉冲主导了射流的演化频率，增加了流向积分尺度，穿透深度有明显的增加，脉冲射流能在近场位置有效地增加混合面积，从而提高混合效率。.(3) 开展了高超声速进气道激波振荡研究，高时间分辨率的流场展示了高背压引起的进气道激波振荡周期内波系的演化过程。研究表明：高背压非定常流动与激波/边界层干扰的耦合作用是影响激波振荡的流态和频率特性的关键因素。.(4) 提出了一种V形钝化前缘构型并成功开展相关的激波干扰特性研究。研究发现, 高超声速来流条件下，V形钝化前缘不仅会出现多种复杂的波系干扰结构, 而且局部热流会出现数量级的上升, 达到与第IV类激波干扰相当的程度；此外，传统的加大钝化半径的方法可能会反而恶化局部热流。该成果可望为将来新型高超飞行器研究提供关键基础支撑作用。.相关研究工作所发表的论文包括J. Fluid Mech. 3篇和Physics of Fluids 、AIAA Journal、Journal of Spacecraft and Rockets等知名期刊在内的SCI论文19 篇，航空学报、推进技术等EI论文12篇，以及其它中文核心期刊、博士学位论文、国际和全国性学术会议论文共72篇。