La firma de presión en la pared de la interacción del choque transónico/capa límite

Se estudia la estructura de las fluctuaciones de presión en la pared bajo una capa límite turbulenta que interactúa con una onda de choque normal a un número de Mach M ∞ = 1.3, aprovechando una base de datos de simulación numérica directa. A la corriente de la interacción, en la región de gradiente de presión cero, las estadísticas de presión se comparan bien con capas límite canónicas de baja velocidad en términos de intensidades de fluctuación, correlaciones espacio-tiempo, velocidades de convección y espectros de frecuencia. A través de la zona de interacción, las fluctuaciones de presión en la pared de raíz cuadrada alcanzan valores muy altos (en exceso de 162 dB), con un aumento máximo de aproximadamente 7 dB desde el nivel aguas arriba. Las correlaciones de presión en la pared de dos puntos se alargan más en la dirección transversal, lo que indica un aumento de las escalas de longitud de presión integral, y las velocidades de convección (determinadas a partir de correlaciones espacio-tiempo) se reducen. La interacción modifica cualitativamente la forma de los espectros de frecuencia, causando una mejora de los modos de Fourier de baja frecuencia y la inhibición de los de alta frecuencia. En la región de recuperación después de la interacción, los espectros de presión colapsan con gran precisión cuando se escalan con la presión dinámica del flujo libre o la tensión de corte máxima de Reynolds, y exhiben regiones de ley de potencia distintas con exponente −7/3 a frecuencias intermedias y −5 a altas frecuencias. Se ha realizado un análisis de las fuentes de presión en la ecuación de Lighthill para la presión instantánea para comprender sus contribuciones a la firma de presión en la pared. Aguas arriba de la interacción, las fuentes se localizan principalmente en la proximidad de la pared, mientras que después del choque, las contribuciones importantes a las fluctuaciones de presión de baja frecuencia están asociadas con vórtices de larga duración que se desarrollan lejos de la pared.