问答及答辩结果在线视频

下面我们请答辩会的委员

和参加答辩会的其他同学

如果有问题的话可以提问

我们讨论一下

第一个你是高超声速边界层

可是你的论文题目里边

涵盖了超音速

实际主要是超音速

我建议是呢

因为我看你是1.5 3.0 4.5 6.0是吧

对

这个题目是不是超高声速

这是一个小问题

感觉论文里面超高声速

占内容大约三分之一

我看了一下

就针对超高声速多一些

其实每一章呢

它都是针对高超声速

只不过我们有的是从不可压

开始研究

来探究这个马赫数的影响

每一章

你的研究内容

前面你说针对高超声速

是不是

对

这是第一

第二个就是你针对 G 条带和 K 条带

我现在也想不太明白

因为它们俩都是

在边界层区域发展

同一个区间里对吧

对

就这两个区间

这个 G 条带是因为曲率影响

如果我们想象从一个很平的平板

转换到一个很曲率的平板

对

有一个这个条带相互作用

或者重叠不断延伸的过程

对

在我们印象中

它成为两个截然不同的东西

我很难理解这个东西

就不说你研究这个

就说你能给我解释一下

因为我理解它们之间必然有联系，是吧

他们发展区间都在一个区间里边

都在很低很低的y+里面

那么这个演化过程

应该有从连续走向矛盾的过程

对

如果把它们分开来

我觉得我很难接受从物理上

因为它是那个地方

肯定是连续的变化，对不对

所以这个里面一看

能不能给我解释一下

我一块问完吧好吧

这是第二个问题

第三个问题就像你自己说后边

就是第二个问题

第一个问题你回答了

第三个问题就是说

你刚才说了，现在是线性的是吧

那么非线性部分也有一些

但这两个高超声速边界层

这个边界层它有一个特点

就是在高马赫条件下

它有小激波

或者是激波渗透到边界层里边是吧

它会渗透到里面

因为我们外层马赫数就是说

很低的话它会渗透到里面

那么这些对失稳过程或者对于涡的发展过程

会不会有一些影响

导致你的结果推广到非线性可能不一定非常合适

我后边两个问题

好的 那么我首先回答一下

第二个问题

就是关于 G 型条带和 K 型条带

这两种类型的条带

实际上这两种类型的条带呢

它的控制方程是一套控制方程

只不过就是差在一个曲率项

刚才您说了

比如说从一个平板过渡到有曲率

或者从有曲率过渡到平板

这种情况

实际上都有人做过研究

发现这个过渡

的确是一个连续的过渡

比如说突然有了曲率

这个条带的强度马上就会起来

它就受这个

Gortler 机制的作用

那么比如说从有曲率的情况

突然过渡到无曲率的情况

它就会马上失去这个驱动力

演变为一个瞬态增长

最终又会衰减

那么您刚才说了

把这两部分分开研究

就是现在从我的研究来看

好像把它叫做

两个不同类型的条带

实际上就是为了来区别出

这个曲率的影响

它们实际上本质上

是同一套控制方程

您说的很对

第三个问题呢

您说关于非线性的研究

我们这个非线性项呢

主要是在抛物化的扰动方程里面

有所体现

也就是说做二次失稳的时候

得到的这个基本流

它必然要考虑非线性项

才能得到

那么您刚才又提到这个

激波对边界层的影响

在这里呢

我们是没有考虑激波的

就是考虑一个非常干净的

边界层流动

但是我想这个激波

一定会对流动的稳定性有影响

而且这种影响是非常值得研究的

谢谢

前面几个问题我就可能不一定记得也不重复了

有另外一个小的建议

你考虑的流动范围

它涉及到参数的影响

一个是反映这个曲率的

对

另外还有一个反映压缩性的马赫数

还有雷诺数

那么这几个参数

我们知道高超流动

你看是什么样的问题

马赫数它是一个无量纲参数

不一定是相似常数

它可能针对某一个结果

是马赫数的平方减一开根号为相似参数

另外一个升阻比可能是叫干扰因子

还有一些其他的组合

我就不知道

你的这个研究里面

另外你给了很多具体的参数的结果

那么在前面的研究方法里有没有可能从理论的角度

导出一个相似参数

那么这个相似参数肯定是马赫数

还有这个曲率

对

以及雷诺数的某种形式的结合

那么这个相似参数一出来肯定就叫任杰参数了

有没有思考过这个问题

其实还真没有思考过

您这个建议呢

我觉得非常好

用相似参数来把它统一起来

那我也接着问一个问题

这个我看你后面有一个

流动控制、转捩控制

对

你设计了一个粗糙单元来促进转捩

在这个你的那个几何形状里面

像 Gortler 涡它本身是

实际上是一个曲率的响应

就是你实际上是用了一个

斜坡状的东西

它的这个特征参数

和哪些是和曲率相关的

这是一个问题

第二个问题就是

如果要推迟转捩的话

比如你是凹面的肯定是促进转捩

如果是凸面会不会推迟转捩

这个有没有别人

类似的研究的结果

还有一个问题就是像

因为你现在已经有三维的扰动

如果要是有横流的作用的话

和你的研究方向

在你的研究方向上

能不能同时考虑横流

因为这个实际上

真正的飞行器

那个横流肯定是要存在的

对 好的

那我首先回答一下第一个问题

粗糙单元和曲率呢

实际上我们是针对一个

就是典型的外形

这个外形呢本身就是存在曲率的

本身就会发生 Gortler 失稳

我们加入这个粗糙单元呢

就是让它立即产生

相应的 Gortler涡

而且是失稳最快的 Gortler涡

来促进转捩

那么它和曲率的对应关系呢

实际上应该是存在

因为就是这个外形本身有曲率

所以呢一个曲率

对应一个 Gortler 涡

一个 Gortler 涡

对应一个粗糙单元

所以也就是说

比如说我的飞行器外形变了

你的最佳的粗糙单元

也应该不一样

对对对 我认为是这样

第二个问题

这个关于曲率的影响呢

的确是比较成熟的一个结果

就是凸面会明显地

抑制整个的扰动

比如说从凹面

突然过渡为凸面

这个转捩有可能就会退回去

又变成一个层流

这个是有 我看过相关的文献

它对扰动也是起一个抑制的作用

所以说就是

刚才你那个粗糙单元

实际上如果我把它做的

比较光滑

其实就是那个凸的东西

就是那个局部的

当然它比较小了

比如那个局部实际上

曲率实际上会有一部分是凸的

这个和你这个之间是一个

什么样对应关系

就是粗糙单元的曲率

粗糙单元本身不说

就它的流线受到它的抬升的作用

会下去

实际上相对是一个凸的一部分

对

这部分呢

其实还没有考虑到这么细

因为现在是刚刚提出了这个

促进转捩的设计准则

和抑制方法

还没有考虑到

粗糙单元对流线的影响

这部分的确没有

第三个问题是用横流

就是用已有的模态

来抑制横流模态

这部分研究工作

实际上在 KTH 已经有人做了

包括用粗糙单元来抑制横流

用来流湍流度来抑制横流

是有人做过的

并且呢用我们的这个理论框架

也是可以做这一项工作

就是来看看对横流

有什么样的影响

应该是说这个工作复杂性

所以能从这么多影响因素当中

理出一个逻辑

是很不容易的

我的问题实际上之前也提过

就是关于曲率的影响

在你的论文的第二章

就是方法当中

你提到过曲率在基本流当中的

是高阶小量，但会对扰动产生影响

对 对

这个当时跟你第五章 K 型条带 G 型条带

曲率的影响对它

这个

这个表述上面

你能解释一下吗

好 我来解释一下

这个并不矛盾

第二章提到的它对基本流的影响

是高阶小量是指的层流边界层

它不受曲率的影响

那么第五章呢

我是说这个曲率对条带的影响

这个条带呢

实际上是一个一次失稳的结构

它并不是基本流

基本流依然不受影响

只不过一次失稳的条带

受到了影响

行 这个就第二章里面的扰动

不是指那个条带的这个

包括条带的扰动

包括条带的

包括条带的扰动

因为这个另外就是还是这个

就是说这个包括在二次失稳里面

二次失稳里面

好像从你的表达式当中

是我没有发现有曲率的影响

对

参数在里面

如果考虑另外一个的话

这个复杂性会变化吗

对

这个关于二次失稳曲率的影响

我们课题组以前是有发表过文章

发现是没有影响的

所以呢我们这里就没有做

没有考虑这个问题

对

还有一个问题就是我刚才看

你的解释 K 型条带和 G 型条带的

它的基理 K 型条带抑制转捩

G 型条带促进转捩

也就是说使它的抑制转捩

使它的速度刨面更加的饱满

这个我也是有点不太明白

条带它是属于低速的一个条带

是吧

它加另外的话

是属于一个低速的这样一个

以当地的基本流要

速度要低一点

我们可以看一幅图就能看出来

这个呢就是右面这幅图

就是所叠加的条带

我们看到这个速度呢

实际上是高速

也就是说使得速度更高

但温度更低

速度是高速的

对

这个条带和湍流里边的

和湍流的条带完全不一样

这个是层流当中的条带

也就是说是一个最优扰动的形式

从这个还是有点不太明白

所以从你的这个速度的等值线

你的蘑菇分布那个图

对对对

那个是流向速度的等值线吧

没错

对 那个等值线往上拱

就表示这个地方的速度要低

对 拱起来的地方速度低

但是它还有一部分是下去的

那一部分速度高

那一部分速度高

对

因为它是流向涡的形式

有高速 也有低速

然后这个速度抛面是

在整个面上的一个

对 这个是沿Y方向的一个分布

对 就是高速 低速

都加起来之后的一个平面

它总体上

做了展向平均

对 做了展向平均

这篇论文让人印象深刻

主要是你用了多个方法

来处理问题

这个问题在高速里面

它是一个没有太开发的

一个问题

我就问一下你是

跟着 K 型条带的

问一下

因为如果是

曲率是零的话

或者一个平板的话

对吧

然后我们在边界层里面

加 K 型条带

比如说是你一开始的时候

也写了

就是说你在引入条带的时候

比方说就是你在 KTH 访学过

做那个实验的时候

会压制湍流 对吧

对

用粗糙单元压制湍流

然后人们也做过数值模拟

你如果加入条带的话

它是能让它二次失稳

然后转捩

对

那么一个小问题

就是你刚才谈到了

就是这个 K 型条带

好像是抑制条件

对

怎么来谈这个事儿

因为我们做数值模拟的话

这些条带它可以二次失稳

没错 没错

所以 K 型条带

抑制转捩

有一个重要的前提

就是这个条带的强度

不能超过临界条带强度

这个条带的强度

当然是越大越好

越大它会抑制的越好

但是一旦超过临界条带强度

就会发生二次失稳

反而会促进转捩

所以这个条带它也是一个双刃剑

用的不好

就有可能会转捩

对

这也就接着我再问你第二个问题

之所以它有一个阈值

是一个非线性的一个现象

就是你这里边

也做了瞬态增长的分析

那么在刚才报告的里边

我没有太听到

比方说是对 K 型的

还有 K 型的瞬态增长的分析

还有就是对 G 型的瞬态增长的分析

你能不能补充一些

好的

K 型条带呢

它本质上就是瞬态增长产生的

或者说它所经历的

就是瞬态增长

而 G 型条带呢

它是 Gortler 涡失稳

它本质上是指数增长

它不是瞬态增长

我们看这个图

一旦有曲率

本来涨一点会掉下来

但是我们一旦给一点曲率

它很快就会变成一个指数增长

不再掉下来

这个就是它的差别

就是在曲率为零的时候

那么这个 K 型条带的瞬态增长

你有没有一些

因为你不是要定

那个临界的强度

对对对

有没有根据这个瞬态增长

来区分这个强度

有的

我们看这幅图

我们看我们给了四个不同的条带

从 K1 到 K4

K4 条带强度最大

但是它最大也是到 5% 而已

根据 KTH 的研究

这个它要发生二次失稳的

临界强度

大概是在26%左右

所以这个5%

还是远小于临界强度的

它不会二次失稳

这个你前面说到这个

刚才他们也提到

就是这个对这个抑制

就是说你对这个转捩的抑制

就是说你说这个是

主要从实际的角度来说

就是引进粗糙单元

是吧

那你说这个是粗糙单元

就是跟这个高度有关系

对

那么这个高度有关系

那多高才算好

一般这个高度

都是通过和当地边界层厚度

来做一个比较

如果达到它的一半

超过这个一半

我们就认为它会起一个

明显的促进作用

如果要抑制呢

通常这个高度非常的小

可能连十分之一都不到

我就是说这个

有没有什么这个

我从你这个报告里边

我没看到

给出一个理性的

或者说一个数学上的解释

比如说这个高度

小到一定的时候

会抑制这个扰动增长啊

对

这里我们实际上

所研究的这个扰动抑制

还没有引入粗糙单元

是从机理性的

来看这个 K 型条带它的影响

那么至于这个条带

它如何由粗糙单元产生

由什么高度的粗糙单元产生

我想这是一个新的问题

是值得研究的

这个如果能做出来

因为我们现在和十一院他们做那个

就是想用一个粗糙单元

来抑制这个转捩

现在做的情况就是说

其实高超声速边界层

它的那个粘性底层速度增长

是非常快的

所以即使你的那个

粗糙单元的高度

只到边界层厚度的

比如说四分之一或五分之一

那个地方的那个速度

已经，比方来流马赫数是6了

那个地方的马赫数

已经到了四左右

所以已经是非常大的马赫数

所以那个高度你看着不高吧

但实际上激波都已经出来了

所以我不知道

就是这个时候

你这个里面

因为你是做了线化的

就没有这个激波

没有激波 对

那实际上比如说

你那个扰动速度

你如果做出来

是一个

其实是就是很大的

对

所以很有可能超过声速

所以像这种情况我不知道

这个你怎么

就是测试过或者是检验过

你的结果

这个现在的扰动

大概是一个什么量级的

你分析一下这个

扰动的量级

扰动的量级

如果从现在来看

就是1%左右

就是不考虑二次失稳

1%以下

那如果基本流的速度

已经那么大流的话

你1%它应该

就扰动速度

不会超过声速

下面我宣读一下

答辩委员会的决议

高超声速边界层扰动

感受性失稳和转捩

是流体力学研究中的

关键科学问题

论文针对高超声速

边界层特有的 Gortler 涡二次失稳

和转捩控制机制

开展理论和数值计算研究

选题具有重要的理论意义

和工程应用前景

论文的主要创新点有

一、揭示了高超声速边界层流动

Gortler 模态的

离散谱演化规律

和多重 Gortler 模态竞争的物理机制

二、通过对高超声速

边界层流动 Gortler 涡的

空间发展和二次失稳的系统性研究

揭示了压缩性的重要性

及影响规律

发现了提高马赫数

可降低 Gortler 模态的增长率

以及条带二次失稳的

三种主导模态

三、基于条带二次失稳

分别提出了转捩抑制

和促进的控制手段

根据最不稳定 Gortler 涡

给出了促进转捩的

粗糙单元设计准则

论文工作理论水平高

内容丰富

创新点突出

表明作者掌握了坚实宽广的

基础理论

和系统深入的专业知识

具备独立开展科学研究的能力

论文写作条理清晰

逻辑严密分析正确

是一篇优秀的博士学位论文

论文答辩表述清楚

回答问题正确

经答辩委员会表决

一致同意通过论文答辩

并建议授予任杰工学博士学位

好 祝贺！