伊利诺斯大学格兰杰工程学院的黛布拉·勒维·拉森 直接数值模拟结果显示了施加在实验测试对象上的涡流，表明层流分离
学分:伊利诺伊大学香槟分校 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员利用美国国家航空航天局兰利6马赫风洞收集的数据，通过直接数值模拟复制了压缩斜坡流的高超音速流动条件
模拟产生了大量的额外数据，这些数据可以用来更好地理解在高超音速飞行的飞行器周围发生的现象
“来自实验的数据有些有限——例如，从测试对象上几个位置的压力探头获得的数据
当我们进行数值模拟时，我们获得了包括车辆表面在内的整个流场的信息，如压力、温度、密度和流体速度
这有助于解释一些实验学家已经发现但由于缺乏数据而无法完全解释的东西，”伊利诺伊大学航空航天工程系博士生费边·德特恩里德说
这项研究模拟了用于操纵飞机的机翼末端的操纵面
在这种情况下，它模拟了一个包括前缘在内的平板，带有一个35度的压缩斜坡构型，该构型以前曾在兰利高超音速风洞中进行过实验测试
Dettenrieder解释说，高超音速流是复杂的
流动的高能量导致相当大的压力和热负荷，除了冲击之外，这在实验和数值上都产生了具有挑战性的问题
本研究中考虑的流动结构包括一个超临界斜坡角，它导致一个固有不稳定的分离气泡
准确捕捉这种现象非常复杂，因为它非常容易受到环境的影响，例如声学噪声和湍流
此外，车辆外部的面板越薄——通常是由重量优化驱动的——它们越有可能开始偏离完美的刚性行为，这将导致与流动的相互作用，并可能增加流体结构系统的复杂性
此外，除了对自然环境中的湍流有贡献之外，风洞本身还会引起声学扰动，从而引发导致湍流的不稳定流体运动
“我们认为，实验数据和之前的二维模拟之间的差异是由于缺少风洞壁产生的声辐射造成的
在这个三维模拟中，我们在安静和有噪声的条件下复制了风洞实验——通过在计算域的远场边界引入自由流扰动而产生噪声
“以前已经研究过声干扰的影响，但不是在这种高超音速斜坡构型的背景下，”他说
“我们能够准确地规定声学自由流扰动
他说，他们观察到的情况增加了对实验中观察到的非定常流动现象的基本理解
该模拟在弗龙特拉运行，弗龙特拉是美国国家科学基金会资助的超级计算机系统，位于奥斯汀的德克萨斯大学的德克萨斯高级计算中心
德特恩里德的教师顾问是蓝水大学的丹尼尔·博多尼教授，他在弗龙特拉获得了500万节点小时的拨款，用于研究流体-热-结构相互作用
Dettenrieder说，模拟继续在Frontera上运行，尚未完成
“这是非常劳动密集型和耗时的，”他说
“我每天检查几次，以确保它正常运行
它将继续获取更多的数据，这些数据将有助于我们了解高超音速流的复杂性
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