Nonlinear Mode Interactions in the Wake of a Medium Height Roughness Element
Nonlinear Mode Interactions in the Wake of a Medium Height Roughness Element
复制标题
中等高度粗糙度元素后的非线性模式相互作用
DOI：
10.1016/j.piutam.2015.03.070
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发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Krämer
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Plogmann;Krämer
本研究致力于研究中等高度、圆柱形粗糙度单元（放置在层流翼型边界层中）后的非线性（共振）模式相互作用。粗糙度元素在近尾流中心线区域引起相当大的平均流动畸变，并且在外部翼展方向域中出现两个反向旋转涡对。在流向演化中，平均流量稳定，并且在远尾流中恢复展向均匀流。在粗糙度控制的上游，低振幅 Tollmien-Schlichting (TS) 波模在上分支不稳定区域中被激发。激发的二维基模与粗糙度的干涉导致在宽展向波数范围内激发斜模。不稳定的近尾流中的（倾斜）基本模式之间的非线性相互作用导致在基本模式的不同频率处生成主要低频模式，然后基本模式才能恢复远尾流中的线性稳定特性。相比之下，一次次谐波型模式经历非线性增长，这是频率和展向波数失谐谐振模式与二维基模相互作用的结果。主要相互作用模式的共振增长引发了低频、次谐波范围内的频谱对称化。也就是说，对称分谐波型（二次）模式在远尾流中被谐振放大。因此，尽管基本模式随着平均流量的稳定而恢复了线性稳定性特征，但低频、次谐波范围内的共振模式相互作用在中等高度粗糙度单元的远尾迹中引发了边界层转变的开始。
The present study is devoted to nonlinear (resonant) mode interactions in the wake of a medium height, cylindrical roughness element, which is placed in a laminar, airfoil boundary layer. The roughness element causes a considerable mean flow distortion in the near wake centerline region and two counter-rotating vortex pairs arise in the outer spanwise domain. In the streamwise evolution the mean flow stabilizes and a spanwise uniform flow is recovered in the far wake. Upstream of the roughness controlled, low-amplitude Tollmien-Schlichting (TS) wave modes are excited in the upper branch unstable region. The interference of the excited, 2D fundamental modes with the roughness results in the excitation of oblique modes in a broad spanwise wave number range. Nonlinear interactions in-between the (oblique) fundamental modes in the destabilized near wake lead to the generation of primary, low-frequency modes at the difference frequencies of the fundamental modes, before the fundamental modes can recover linear stability characteristics in the far wake. In contrast, the primary, subharmonic-type modes experience a nonlinear growth, which is a result of frequency and spanwise wave number detuned resonant mode interactions with the 2D fundamental modes. The resonant growth of the primary interaction modes initiates a symmetrization of the spectrum in the low-frequency, subharmonic range. That is, symmetric subharmonic-type (secondary) modes are resonantly amplified in the far wake. Therefore, although the fundamental modes recover linear stability characteristics with the stabilization of the mean flow, resonant mode interactions in the low-frequency, subharmonic range initiate the onset of boundary layer transition in the far wake of the medium height roughness element.
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DOI：
10.2514/6.2014-2886
发表时间：
2014-06
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
B. Plogmann;W. Wuerz;E. Kraemer
通讯作者：
B. Plogmann;W. Wuerz;E. Kraemer
影响因子：
3.7
作者：
B. Plogmann;W. Würz;E. Krämer
通讯作者：
B. Plogmann;W. Würz;E. Krämer
影响因子：
3.7
作者：
I. Tani
通讯作者：
I. Tani
Tollmien-Schlichting 波与浅 3D 粗糙度元素相互作用的实验研究
影响因子：
1.9
作者：
I. B. de Paula;W. Wurz;M. Medeiros
通讯作者：
M. Medeiros
DOI：
--
发表时间：
1991
期刊：
影响因子：
--
作者：
D. Reda;H. Reed;R. Kobayashi
通讯作者：
R. Kobayashi