Direct numerical simulation of transition delay in hypersonic blunt-cone boundary layer subject to velocity–temperature hybrid control

物理 高超音速 直接数值模拟 边界层 空气动力学 衰减 机械 光谱密度 计算机模拟 动量(技术分析) 声衰减 涡流 声波 涡度 降低频率 光谱形状分析 谱线 声学 声压 经典力学 边值问题 空气声学 熵(时间箭头) 边界(拓扑)
作者
Tianyu Wang,Qiang Liu,Zhenbing Luo,Yan Zhou,Xinguo Sha
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:38 (8)
标识
DOI:10.1063/5.0344294
摘要

Hypersonic boundary-layer transition exerts a substantial influence on the aerodynamic performance of hypersonic vehicles. In this study, direct numerical simulations are conducted on a three-dimensional blunt-cone configuration to examine transition delay subject to a velocity–temperature hybrid control method. This method delays transition by approximately 44% on the leeward side and reduces skin friction by 23.8%. Power spectral density analysis further confirms that the dominant spectral peak frequency aligns with the second Mack mode, and spectral proper orthogonal decomposition (SPOD) demonstrates a significant suppression of the wall-normal propagation distance of pressure disturbances. Furthermore, momentum potential theory is employed to elucidate the physical mechanism linking variations in the acoustic component, which contains the second Mack mode, to transition delay. In the uncontrolled case, the acoustic and vortical components exhibit a higher degree of similarity compared to the entropy component. In the controlled case, all three fluid-thermodynamic components are suppressed. SPOD further reveals that the first spectral peak of the vortical and acoustic components nearly vanishes, accompanied by a corresponding attenuation of the associated first mode. This implies that the reduction in the acoustic component is primarily responsible for delaying transition.
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