本文报道了关于多孔喷射器阵列（MPIA）后方可压缩湍流转捩的首次高保真数值研究。研究的流场是一个轴对称超音速进气道，最近在昆士兰大学进行了实验测试，该实验使用MPIA通过向边界层注入少量纯氮气来诱导湍流转捩。在对应于马赫数7.6飞行、动压为50 kPa的实验条件下，使用分离涡模拟（DES）对单排四个0.2毫米孔口喷射器进行了模拟。模拟结果表明，MPIA喷射引发了大尺度不稳定性，这些不稳定性立即将边界层转变为湍流状态。这些不稳定性具有一个主导频率，叠加在湍流波结构上，基本波长约为5毫米。这种规律性的来源似乎是最终燃料射流的周期性振荡，而这一振荡又以复杂且有趣的方式与上游射流动态耦合，这种现象此前尚未被描述过。MPIA后方的湍流导致壁面热传递增加，抵消了喷射器可能存在的任何薄膜冷却效果。DES对热传递速率的预测与实验测量结果吻合良好，而使用Spalart-Allmaras和Menter SST模型的RANS模拟则在整个区域内低估了壁面热传递。

图1. 网格策略和边界条件示意图。

文章亮点：

• 多孔喷射器阵列可用作湍流触发器，且流体损失较低。

• 需要高保真数值模拟来解析由此产生的转捩过程。

• 在相邻喷射器之间发现了周期性射流相互作用，其波长在毫米范围内。

• 在预测多孔喷射器阵列后方壁面加热方面，分离涡模拟（DES）优于行业标准的湍流模型。

 文章发表期刊：Aerospace Science and Technology

Volume 158, March 2025, 109879

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