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Analysis of hypersonic compression ramp laminar flows under sharp leading edge conditions

2001; Elsevier BV; Volume: 5; Issue: 4 Linguagem: Italiano

10.1016/s1270-9638(01)01109-9

1626-3219

Marco Marini,

Fluid Dynamics and Turbulent Flows

The present work is devoted to reviewing recent cases of shock wave/boundary layer laminar interactions over compression ramps with sharp leading edge (two-dimensional and axisymmetric concave geometries), and to making a contribution to the understanding of the physical features and controlling mechanisms of the flows by means of extensive numerical simulations and comparison with experiments. The most critical aspects of numerical simulations have been identified and attention has been focused on the effects of ramp angle, wall temperature, axisymmetry and finite span. Present compression ramp cases cover a wide range of Mach number and Reynolds number, thus making the analysis reasonably complete. Results are validated in terms of simplified theoretical analysis, comparison with available measurements, and correlation laws describing the characteristic parameters of the problem. It has been shown that mechanical and thermal loads over compression ramps, as well as separation characteristics, depend strongly on ramp angle, wall temperature assumption and geometric configuration. On the other hand, their quantitative prediction depends on grid resolution as well as the correctness of the physical and numerical modeling employed. Analisi di flussi ipersonici laminari su rampe di compressione con bordo d'attacco aguzzo. Il presente lavoro analizza casi recenti di interazioni tra urto d'urto e strato limite su rampe di compressione con bordo d'attacco aguzzo (geometrie concave bidimensionali ed assialsimmetriche), e vuole offrire un contributo alla comprensione della fisica e dei meccanismi di controllo dei flussi per mezzo di un numero adeguato di simulazioni numeriche e relativo confronto con i dati sperimentali. Gli aspetti piu' critici delle simulazioni numeriche sono stati identificati e l'attenzione e' stata concentrata sugli effetti dell'angolo di rampa, della temperatura di parete, dell'assialsimmetria e della larghezza finita del modello. I casi presentati sono caratterizzati da una grande variazione del numero di Mach e del numero di Reynolds, rendendo in tal modo l'analisi ragionevolmente completa. I risultati sono stati validati per mezzo di confronti con teorie semplificate, misure sperimentali e leggi di correlazione per alcuni parametri caratteristici del problema. E' stato dimostrato come i carichi meccanici e termici sulla rampa, come anche la separazione del flusso, sono funzione dell'angolo di rampa, dell'assunzione fatta per la temperatura di parete e della configurazione geometrica. D'altro canto, la loro stima quantitativa dipende dalla accuratezza della griglia computazionale utilizzata oltre che dalla correttezza della modellizzazione fisica e numerica impiegata.