Unter den hochenthalpischen Bedingungen, die im hyperschallfliegen auftreten, erschweren die Nichtgleichgewichteffekte durch vibrationale Anregung und chemische Reaktionen die Vorhersage des Übergangs zur Turbulenz und des entwickelten turbulenten Zustands. Diese Studie bewertet den Einfluss des thermischen Nichtgleichgewichts auf die Turbulenzeigenschaften einer kanonischen kompressiblen Mischschicht und untersucht den Einfluss von Vibrationsmodellierungsansätzen, insbesondere den Unterschied zwischen der Verwendung einer einzelnen Vibrationsenergiegleichung vs. separaten Gleichungen für jede molekulare Spezies. Vorläufige zweidimensionale Simulationen zeigen zwei ausgeprägte Muster des thermischen Nichtgleichgewichts, die von der Temperatur abhängen: eines, das durch thermisch heiße Wirbelkerne gekennzeichnet ist, und das andere durch eine Kombination heißer und kalter Regionen um sich entwickelnde Wirbel. Chemische Nichtgleichgewichtseffekte sind minimal, da die Zeiten chemischer Reaktionen deutlich kürzer sind als die der Strömung. Die Bedeutung der intermolekularen Vibrationsmodellierung wird hervorgehoben, indem 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 übereinstimmen, wobei heiße Wirbelkerne im Niedrigtemperaturfall entstehen und komplexere heiße–kalte Muster die Wirbelröhren umgeben, wenn thermische und Strömungs-Zeitskalen vergleichbar sind. In späteren Phasen des Zusammenbruchs und der Turbulenzabnahme werden Unterschiede zwischen den Fällen durch die Verstärkung kleiner Störungen, d.h. nichtlineare Strömungsdynamik, die zu Symmetriebrechungen führt, verstärkt und können nicht direkt den Nichtgleichgewichtseffekten zugeschrieben werden. Dennoch zeigen die Turbulenzstatistiken, dass ein erhöhtes thermisches Nichtgleichgewicht mit erhöhten translativen Temperaturfluktuationen korreliert, die mit der Variation der mittleren translationalen Temperatur über die Scherchicht verbunden sind.
Musawi et al. (Do,) untersuchten diese Frage.