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第1章 序言1

1.1 本书结构2

1.1.1 关于George Inger教授3

1.2 读者对象4

第2章 物理本质5

2.1 激波—边界层干扰的重要性5

2.2 超声速流中的间断现象6

2.2.1 激波6

2.2.2 激波极曲线表达法7

2.2.3 激波干扰与Edney分类10

2.2.4 激波、阻力与效率——Oswatitsch关系15

2.3 边界层的流动结构17

2.3.1 边界层中的速度分布17

2.3.2 多层结构21

2.3.3 边界层对快速压力变化的响应22

2.4 激波与边界层的抗衡22

2.4.1 几种基本的二维激波—边界层干扰22

2.4.2 边界层与激波压升的抗衡24

2.5 无分离的弱干扰流动27

2.5.1 入射—反射激波干扰27

2.5.2 斜楔诱导的激波干扰30

2.5.3 正激波与跨声速干扰31

2.5.4 上游影响范围32

2.6 产生边界层分离的强干扰流动33

2.6.1 入射激波诱导的分离33

2.6.2 斜楔诱导的分离38

2.6.3 正激波诱导的分离（跨声速分离）41

2.7 超声速流中的分离与自由干扰过程43

2.7.1 自由干扰理论43

2.7.2 入射激波诱导的湍流分离47

2.8 激波与转捩边界层的干扰47

2.9 高超声速干扰的独特特征49

2.9.1 激波系与流场结构49

2.9.2 壁面温度影响51

2.9.3 高超声速干扰中的壁面热流52

2.9.4 熵层效应53

2.9.5 真实气体效应对激波—边界层干扰的影响54

2.10 三维干扰流动简介55

2.10.1 三维流动分离55

2.10.2 三维干扰的拓扑结构58

2.10.3 再议二维干扰61

2.11 强干扰的不稳定性质62

2.12 激波—边界层干扰的控制64

2.12.1 控制机制64

2.12.2 控制技术简介65

2.13 要点总结67

附录A 超声速流中的间断与Rankine-Hugoniot方程68

参考文献69

第3章 跨声速激波—边界层干扰72

3.1 跨声速干扰简介72

3.2 跨声速激波—边界层干扰应用及相关性能损失72

3.2.1 跨声速机翼与叶栅73

3.2.2 超声速发动机进气道77

3.2.3 内流79

3.3 正激波与边界层干扰详解79

3.3.1 附着流干扰80

3.3.2 激波诱导的初始分离87

3.3.3 有分离的激波—边界层干扰90

3.3.4 影响跨声速激波—边界层干扰的其他因素96

3.3.5 正激波—边界层干扰的大范围不稳定性100

3.4 跨声速激波—边界层干扰的控制104

3.4.1 激波控制的原理104

3.4.2 激波控制的方法107

3.4.3 边界层控制的方法111

参考文献114

第4章 理想气体超声速激波—湍流边界层二维干扰及其数值模拟116

4.1 引言116

4.1.1 问题与方向117

4.1.2 计算流体力学117

4.2 二维湍流干扰120

4.2.1 正激波—湍流边界层干扰的流动模式与初始分离准则121

4.2.2 正激波—湍流边界层干扰数值模拟实例126

4.2.3 压缩与压缩—膨胀拐角绕流结构及其数值模拟实例128

4.2.4 初始分离准则、干扰模式与相似律134

4.2.5 压缩与压缩—膨胀拐角绕流的热流与湍流度142

4.2.6 压缩与压缩—膨胀拐角绕流的不稳定性及其数值模拟145

4.2.7 斜激波—湍流边界层干扰158

4.3 结论166

参考文献167

第5章 理想气体超声速激波—湍流边界层三维干扰及其模拟174

5.1 引言174

5.2 三维湍流干扰174

5.3 三维分离流特征175

5.3.1 简介175

5.3.2 尖前缘非后掠支板的激波—湍流边界层干扰177

5.3.3 尖前缘后掠支板与半锥的干扰模式及相似律195

5.3.4 后掠压缩斜楔干扰及其模拟201

5.3.5 双尖前缘支板干扰207

5.4 结论223

参考文献225

第6章 高超声速激波—边界层干扰实验研究230

6.1 引言230

6.2 二维与轴对称高超声速激波—层流边界层干扰234

6.2.1 简介234

6.2.2 高超声速激波—层流边界层干扰的特征234

6.2.3 激波—层流边界层干扰的边界层模型238

6.2.4 早期的Navier-Stokes程序验证研究241

6.2.5 高超声速激波—边界层干扰的近期Navier-Stokes与DSMC程序验证研究244

6.3 湍流与转捩流中的激波—边界层干扰246

6.3.1 简介246

6.3.2 二维构型的激波—湍流边界层干扰特性247

6.3.3 高超声速激波—湍流边界层干扰的Navier-Stokes预测251

6.3.4 轴对称构型高超声速激波—湍流边界层干扰的计算与实验比较252

6.3.5 超声速与高超声速后掠与扭转激波—湍流边界层干扰255

6.3.6 轴对称／凹陷形头部构型上激波与转捩边界层的干扰260

6.4 激波—激波—边界层干扰区特征262

6.4.1 简介262

6.4.2 层流、转捩和湍流中的激波—激波干扰加热263

6.4.3 层流测量数据与Navier-Stokes及DSMC预测的比较265

6.5 膜冷却与发汗冷却壁面的激波—边界层干扰266

6.5.1 简介266

6.5.2 膜冷却壁面的激波干扰267

6.5.3 发汗冷却壁面的激波干扰268

6.5.4 发汗冷却前缘的激波—激波干扰270

6.6 真实气体效应对黏性干扰现象的影响272

6.6.1 简介272

6.6.2 真实气体效应对美国航天飞机控制面气动热特性的影响276

6.7 结论279

参考文献280

第7章 高超声速激波—边界层干扰数值模拟284

7.1 引言284

7.2 高超声速激波—边界层干扰的物理特征285

7.2.1 高马赫数条件下的激波—层流边界层干扰285

7.2.2 高超声速压缩拐角流动287

7.2.3 高超声速激波—激波干扰289

7.3 高超声速激波—边界层干扰流动数值方法292

7.4 验证CFD程序的双锥流动295

7.5 结论299

参考文献300

第8章 上层大气高超声速激波—边界层干扰303

8.1 引言303

8.2 稀薄流的预测技术303

8.3 稀薄流特征305

8.3.1 稀薄流中的非平衡性305

8.3.2 稀薄流中的流场结构变化305

8.4 稀薄流高超声速激波—边界层干扰实例309

8.4.1 简介309

8.4.2 中空柱—裙体上的激波—边界层干扰309

8.4.3 速度滑移与温度跃升效应314

8.4.4 尖双锥体上的激波—边界层干扰317

8.4.5 含有化学反应的流动322

8.5 结论326

附录A 动力学理论与DSMC方法327

参考文献332

第9章 激波—湍流边界层干扰中的激波不稳定性335

9.1 引言335

9.2 无分离流动335

9.3 分离流动337

9.3.1 简介337

9.3.2 远下游反馈影响下的分离流337

9.3.3 无远下游反馈影响的分离流338

9.4 结论——不稳定性及其频率的分类349

参考文献350

第10章 激波—边界层干扰的分析方法354

10.1 引言354

10.1.1 在计算机时代做分析研究的动机354

10.1.2 本章的研究范围355

10.1.3 内容组成355

10.2 激波—边界层干扰的定性特征355

10.2.1 层流与湍流的高雷诺数行为355

10.2.2 无分离激波—边界层干扰的一般情形356

10.2.3 干扰区的基本结构358

10.3 三层结构的详细分析特征360

10.3.1 中间层360

10.3.2 内层363

10.3.3 中间层与内层的匹配367

10.3.4 外层无黏压力与流动偏折的关系369

10.3.5 三层的综合匹配370

10.3.6 尺度特性总结与标准的三层方程形式373

10.4 在层流干扰中的应用376

10.4.1 超声速绝热流动376

10.4.2 高超声速非绝热流动382

10.4.3 跨声速流386

10.4.4 三维干扰387

10.5 在湍流干扰中的应用388

10.5.1 渐近理论中的超声速／高超声速干扰388

10.5.2 渐近理论中的跨声速流动392

10.5.3 三维效应394

10.6 三层方法的局限性396

10.6.1 层流396

10.6.2 湍流397

附录A 壁面滑移边界条件397

附录B 边界层剖面积分和相关问题的评估399

B.1 层流干扰理论中的极限表达399

B.2 层流Im的评估400

B.3 湍流Im的评估400

附录C 层流尺度关系中的常数401

C.1 超声速—高超声速流动401

C.2 绝热无激波跨声速流动401

附录D 本章符号说明402

D.1 基本符号402

D.2 角标404

D.3 特殊符号405

参考文献405