CRITERION FOR THE LAMINAR-TURBULENT TRANSITION ONSET IN A COMPRESSIBLE BOUNDARY LAYER

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A criterion of the laminar-turbulent transition onset in a compressible boundary-layer flow is formulated on the base of Liepmann’ assumption according to which the critical condition is reached where the Reynolds stress (caused by the laminar oscillations) becomes equal to the shear stress of the base (undisturbed) flow. Comparison with known results of direct numerical simulations of disturbances propagating in the non-gradient boundary layers on flat plates and sharp cones at zero angle of attack showed that the criterion works well in a wide range of local Mach numbers (0 < Me < 7) for different mechanisms of the nonlinear breakdown of unstable waves.

About the authors

I. V. Egorov

The Central Aerohydrodynamic Institute named after Proffesor N.E. Zhukovsky; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: ivan.egorov@tsagi.ru
Zhukovsky, Moscow Region, Russia; Dolgoprudny, Moscow Region, Russia

A. V. Fedorov

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Dolgoprudny, Moscow Region, Russia

References

  1. Morkovin M.V., Reshotko E., Herbert T. Transition in open flow systems: a reassessment // Bull. APS. 1994. V. 39. № 9. P. 1–31.
  2. Гапонов С.А., Маслов А.А. Развитие возмущений в сжимаемых потоках. Новосибирск: Наука, 1980. 143 c.
  3. Saric W.S., Reshotko E., Arnal D. Hypersonic laminar-Turbulent Transition // AGARD Advisory Report 319. Hypersonic Experimental and Computational Capability, Improvement and Validation. 1998. V. 2. P. 2-1–2-27.
  4. Fedorov A. Transition and Stability of High-Speed Boundary Layers // Annu. Rev. Fluid Mech. 2011. V. 43. P. 79–95.
  5. Hypersonic Boundary-Layer Transition Prediction // STO Technical Report TR-AVT-240. Aug. 2020.
  6. Cheng C., Chen X., Zhu W., Shyy W., Fu L. Progress in physical modeling of compressible wall-bounded turbulent flows // Acta Mech. Sin. 2024. V. 40. 323663.
  7. Zhong X., Wang X. Direct Numerical Simulation on the Receptivity, Instability, and Transition of Hypersonic Boundary Layers // Annu. Rev. Fluid Mech. 2012. V. 44. P. 527–561.
  8. Hefner J.N., Bushnell D.M. Application of Stability Theory to Laminar Flow Control // AIAA paper 79–1493. Jul. 1979. https://doi.org/10.2514/6.1979-1493
  9. Malik M.R. Boundary-layer transition prediction toolkit // AIAA paper 1997–1904. Jul. 1997. https://doi.org/10.2514/6.1997-1904
  10. Crouch J.D. Boundary-Layer Transition Prediction for Laminar Flow Control // AIAA paper 2015–2472. June 2015. https://doi.org/10.2514/6.2015-2472
  11. Mack L.M. Transition and laminar instability / NASA-CP-153203, Jet Propulsion Lab. Pasadena, Calif. May 15, 1977.
  12. Fedorov A.V. Applications of the Mack amplitude method to transition predictions in high-speed flows // NATO RTO-MP-AVT-200. 2012. P. 6-1–6-30.https://doi.org/10.14339/RTO-MP-AVT-200
  13. Fedorov A.V. Prediction and control of laminar-turbulent transition in high-speed boundary layer flows // Procedia IUTAM. 2015. V. 14. P. 3–14.
  14. Marineau E.C. Prediction Methodology for Second-Mode-Dominated Boundary-Layer Transition in Wind Tunnels // AIAA J. 2017. V. 55. № 2. P. 484–499.
  15. Marineau E.C., Grossir G., Wagner A., Leinemann M., Radespiel R., Tanno H., Chynoweth B.C., Schneider S.P., Wagnild R.M., Casper K.M. Analysis of Second-Mode Amplitudes on Sharp Cones in Hypersonic Wind Tunnels // J. Spacecr. Rockets. 2019. V. 56. № 2. P. 307–318. https://doi.org/10.2514/1.A34286
  16. Ustinov M.V. Progress in Development of Amplitude Method of Transition Prediction on Swept Wing // IUTAM Laminar Turbulent Transition. 9th IUTAM Symposium. London, UK. Sept 2–6. 2019. P. 71–83.
  17. Fedorov A.V., Kozlov M.V. Receptivity of High-Speed Boundary Layer to Solid Particulates // AIAA Paper 2011–3925. June 2011. https://doi.org/10.2514/6.2011-3925
  18. Borodulin V.I., Ivanov A.V., Kachanov Y.S., Crouch J.D., Ng L.L. Criteria of swept-wing boundary-layer transition and variable N-factor methods of transition prediction // International Conference on Methods of Aerophysical Research. June 30–July 6, 2014. Proc. / Ed. V.M. Fomin. Novosibirsk: Inst. Theor & Appl. Mech, 2014. Paper № 12. 10 p.
  19. Malik M.R., Li F., Choudhari M.M., Chang C.-L. Secondary instability of crossflow vortices and swept-wing boundary-layer transition // J. Fluid Mech. 1999. V. 399. P. 85–115.
  20. Liepmann H.W. Investigation of boundary layer transition on concave walls stability and transition on curved boundaries // NACA Wartime Report 4J28. Feb. 1945.
  21. Rist U., Fasel H. Direct numerical simulation of controlled transition in a flat-plate boundary layer // J. Fluid Mech. 1995. V. 298. P. 211–248.
  22. Zang T.A., Chang C.-L., Ng L.L. The transition prediction toolkit: LST, SIT, PSE, DNS, and LES // The Fifth Symposium on Numerical and Physical Aspects of Aerodynamic Flows. California State Univ. Jan. 1. 1992.
  23. Mayer C., von Terzi D., Fasel H. DNS of Complete Transition to Turbulence via Oblique Breakdown at Mach 3 // AIAA Paper 2008–4398. June 2008. https://doi.org/10.2514/6.2008-4398
  24. Sivasubramanian J., Fasel H. Direct Numerical Simulation of Controlled Transition In a Boundary Layer on a Sharp Cone at Mach 6 // AIAA Paper 2013–0263. Jan. 2013. https://doi.org/10.2514/6.2013-263
  25. Koevary C., Laible A., Mayer C., Fasel H. Numerical Simulations of Controlled Transition for a Circular Cone at Mach 8 // AIAA Paper 2010–4598. July 2010. https://doi.org/10.2514/6.2010-4598
  26. Fedorov A., Tumin A. The Mack’s amplitude method revisited // AIAA Paper 2021–0851. Jan. 2021. https://doi.org/10.2514/6.2021-0851

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».