高超音速边界层状态(层流-湍流)的改变会直接影响到高超声速飞行器的飞行控制、推进、热防护等方面。因此,对高超音速边界层转捩的研究十分必要。高超音速边界层转捩的第一个阶段和必然经过的阶段称为感受性。感受性是指边界层对外部扰动的响应阶段,此过程外部扰动激发边界层内扰动波沿流场向下游移动。感受性的研究是揭示边界层转捩机理的基础。感受性受多种因素影响,主要分为自由来流扰动和壁源扰动。自由来流扰动对边界层感受性的影响在之前已经通过理论、实验和数值模拟方法进行了大量的研究。壁源扰动对边界层内的流动结构的破坏更加直接,对边界层感受性的存在显著的影响,会诱发边界层转捩。已有研究表明,壁面粗糙元可以对高超音速飞行器的减阻降热起到良好作用,并且另边界层变得更加稳定。然而,多种扰动形式作用下高超音速边界层转捩机理尚未弄清楚,需要对此进行深入研究。因此,本文以壁面粗糙元为研究对象,主要研究壁面粗糙元对自由来流扰动作用下边界层内扰动波激发及演化过程。本文利用高阶精度有限差分格式对时间项、粘性项以及对流项进行离散。具体采用三步三阶TVD Runge-Kutta格式进行时间推进,采用S-W流通量矢量分裂方法将对流项分裂为正、负通量项,之后采用五阶WENO格式对分裂后的正、负通量项进行离散。利用六阶中心差分格式对粘性项进行离散。基于上述高阶精度有限差分方法对高超音速钝锥绕流流场进行数值模拟,分析了壁面粗糙元(分布式粗糙元)对高超音速定常流场内流动结构的影响,并对比了光滑壁面与粗糙元壁面对高超音速流场及边界层影响。向高超音速定常流场内引入自由流脉冲慢声波,揭示了自由流脉冲慢声波扰动扰动在边界层内的传播过程。利用快速傅里叶变换方法,研究边界层内不同模态扰动波的演化的作用机理。基于壁面粗糙元对高超音速定常流场的作用机理和自由流扰动对壁面粗糙元作用下非定常流场的作用机理,考虑不同壁温条件下(T_w=200K、450K、650K、850K)壁面粗糙元对高超音速定常流场的作用机理,以及壁面粗糙元对自由流慢声波作用下边界层内扰动波的激发及演化过程。