中文摘要：

超音速混合层的研究无论对高速飞行器设计还是对流体力学理论研究都具有极其重要的意义。对其空间发展的数值模拟相比通常采用的时间发展模拟具有更为实际的研究意义。BGK格式丰富的物理内涵保证了其在高速流动中仍具有优异的性能，结合大涡模拟将其加以完善，拓宽其应用领域，对CFD研究的发展也具有极大的推动作用。 本项目旨在发展一种基于气-动BGK格式，能较好模拟高速流动问题的大涡模拟并行算法，并用其研究三维空间发展超音速混合层的流动特征，如流场中大尺度相干结构的形成和演化、湍流统计量分布、流场输运特征、压力脉动特征以及速度脉动的标度律等；深入研究超音速混合层流动中压缩性的影响、小激波的性质以及增强混合的有效方法；同时初步研究超音速燃烧机制。

结论摘要：

本项目采用气体动理论BGK格式数值研究了空间发展超音速湍流混合层的流动特征。主要成果包括（1）建立了考虑标量输运的BGK格式，可以模拟任意Schmidt数的标量输运，并在混合层和多种界面流动中得到成功应用；（2）对新建立的BGK格式并行化，并用于研究三维空间发展超音速混合层的流动特征，包括流场中大尺度相干结构的形成和演化、湍流统计量分布、流场输运特征等；（3）研究了超音速混合层流动中压缩性对流动结构和流体混合的影响，发现充分发展混合层中心区域的速度脉动存在扩展的自相似和标度率，压缩性对标度指数影响不大；（4）利用数值结果，证实了高对流马赫数下实验中提出的混合层中小激波的产生机制；（5）初步研究了入流扰动及简单化学反应对高速混合层流动的影响；（6）研究了网格单元界面通量中物理量切向导数对BGK格式性能的影响，发现在对应力或者壁面物理量梯度比较敏感的流场计算中，有必要采用多维格式；（7）完善了BGK格式的动理论边界条件，并在近连续流中，如高超音速绕流和微槽道流动，得到成功应用。