Unter den hochenthalpischen Bedingungen, die bei hypersonischem Flug auftreten, erschweren Nichtgleichgewichte durch vibrationaler Anregung und chemische Reaktionen die Vorhersage des Übergangs zur Turbulenz und des entwickelten turbulenten Zustands. Diese Studie bewertet den Einfluss von thermischen Nichtgleichgewichten auf die Turbulenzeigenschaften einer kanonischen kompressiblen Mischschicht und untersucht den Einfluss von vibrationsmodellen, insbesondere den Unterschied zwischen der Verwendung einer einzigen Gleichung für die Vibrationsenergie und separaten Gleichungen für jede Molekülart. Vorläufige zweidimensionale Simulationen zeigen zwei unterschiedliche Muster von thermischen Nichtgleichgewichten, die von der Temperatur abhängen: eines, das durch thermisch heiße Wirbelkerne gekennzeichnet ist, und das andere durch eine Kombination aus heißen und kalten Regionen um sich entwickelnde Wirbel. Chemische Nichtgleichgewichtseffekte sind minimal, da die Zeitrahmen chemischer Reaktionen erheblich kürzer sind als die der Strömung. Die Bedeutung des intermolekularen Vibrationsmodells wird hervorgehoben, indem die Ergebnisse einer einzigen vollständig gekoppelten Vibrationsgleichung mit einem künstlichen Grenzfall von drei separaten Vibrationsgleichungen ohne intermolekulare Kopplung verglichen werden. Dreidimensionale direkte numerische Simulationen zeigen Trends, die mit den zweidimensionalen Fällen konsistent sind, wobei heiße Wirbelkerne im Niedrigtemperaturfall entstehen und komplexere heiße-kalte Muster um Wirbelröhren auftreten, wenn thermische und Strömungszeitskalen vergleichbar sind. In späteren Phasen des Zusammenbruchs und der Turbulenzabnahme werden Unterschiede zwischen den Fällen durch die Verstärkung kleiner Störungen verstärkt, d.h. nichtlineare Strömungsdynamiken, die zu Symmetriebrechungen führen, können nicht direkt den Nichtgleichgewichtseffekten zugeschrieben werden. Dennoch zeigen die Turbulenzstatistiken, dass erhöhtes thermisches Nichtgleichgewicht mit erhöhten translationalen Temperaturfluktuationen korreliert, die mit Schwankungen der mittleren translationalen Temperatur über die Scherschicht verbunden sind.
Musawi et al. (Thu,) haben diese Frage untersucht.