研究平面上边界层水动力稳定性ORR-SOMMERFELDNA方程的应用

Daiane Da Silva Mendes, Diogo Nardelli Siebert, Vinicius Malatesta
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摘要

对流动类型的研究始于1883年,通过奥斯本·雷诺兹的管道实验,其中明确确定了两个区域:层流和湍流。其中,有一个被称为过渡的区域,其特征是第一次扰动的出现。其中一些可以采用自然定义的剖面,例如托尔米恩-Schlichting不稳定性,这是奥尔-索姆菲尔德方程中最不稳定的模式,通常出现在机翼边界层的过渡中。在过渡区域的持久性可以带来好处,如减少飞机表面的总阻力和提高超音速飞机的燃烧性能。在这项工作中,我们将提出Orr-Sommerfeld方程的数值解应用于平板流动的边界层,使用Python语言开发的代码。结果,我们得到了稳定曲线,可以确定过渡开始时的雷诺数,以及Orr-Sommerfeld方程的参数和特征值,使流动稳定、不稳定或中性稳定。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
ESTUDO DA APLICAÇÃO DA EQUAÇÃO DE ORR-SOMMERFELDNA ESTABILIDADE HIDRODINÂMICA DA CAMADA LIMITE SOBREPLACAS PLANAS
O estudo sobre os tipos de escoamentos iniciou-se em 1883, através do experimento em tubos, por Osborne Reynolds, no qual, duas regiões foram claramente identificadas: laminar e turbulenta. Entre estas, há uma região conhecida como transição, que é caracterizada pelo surgimento das primeiras perturbações. Algumas destas podem assumir perfis definidos na natureza, por exemplo, a instabilidade de Tollmien-Schlichting, que é o modo mais instável da equação de Orr-Sommerfeld e comumente surge na transição da camada limite em asas de aeronaves. A permanência na região de transição pode trazer benefícios, como redução do arrasto total em superfícies aeronáuticas e aumento da performance de combustão em aeronaves supersônicas. Neste trabalho, apresentar-se-á, a solução numérica da equação de Orr-Sommerfeld aplicada à camada limite de um escoamento sobre placa plana, através de um código desenvolvido em linguagem Python. Como resultados, obteve-se as curvas de estabilidade que permitiram identificar o número de Reynolds em que a transição inicia, bem como, os parâmetros e autovalor da equação de Orr-Sommerfeld que tornam o escoamento estável, instável ou em estabilidade neutra.
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