电弧风洞无烧蚀高焓真实气体效应数值研究

来源 :第十二届全国计算流体力学会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhongminghe
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针对电弧风洞高焓气体来流条件,通过数值求解三维化学非平衡Navier-Stokes方程,分析无烧蚀钝锥体全目标绕流场的真实气体效应.考虑空气电离化学反应系统,模型包含7个化学组元和6个反应方程.差分算法是隐式NND格式.依据实验来流条件,计算了不同壁温及不同壁面催化特性下的流场结构和电子数密度,观察了来流非均匀性的影响.结果表明,尾迹区对模拟条件较敏感,实验状态的计算应采用风洞实际来流条件.
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基于线性稳定性的结果,以类似于处理湍流脉动的方式来模化流场脉动,用以研究高超声速的流动转捩,包括转捩起始位置及转捩区长度.研究中采用Faver平均Navier-Stokes方程和k-ε湍流模型,分别以Roc二阶流通量差分分裂格式和Chakravarthy三阶迎风TVD格式进行离散,数值模拟了椭圆锥的高超声速绕流流场,分析比较了不同的湍流转捩机制,并研究了雷诺数的影响规律.结果表明:Bypass转捩
采用有限体积法,结合半隐的Harten-TVD格式求解三维全N-S方程,对带某外形弹体的横向喷流干扰流场进行了模拟和验证,并且着重计算了从500到10000多个大压比喷流工况,分析了大压比喷流的特点以及对弹体表面压强分布产生的影响.
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从考虑多组分扩散的NS方程出发,对火箭发动机喷管内流场进行数值模拟,给定喷管形状、燃烧室压力和温度,研究不同比热比对出口参数的影响;在此基础上,对火箭发动机喷流与超声速飞行器形成的干扰流场进行数值模拟,通过调整比热比、出口温度等参数,比较计算得到的羽流边界,开展羽流模拟中真实气体效应的研究,最后对目前羽流试验、计算和理论分析采用的模拟准则进行简单讨论.
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采用轴对称全NS方程,数值研究不同热化学模型对高超声速喷管流场的影响,包括:(1)不同组元数的高温空气模型(5组元、7组元、11组元)的比较;(2)热力非平衡(双温度)的化学动力过程与热力平衡(单温度)的化学动力过程的比较.计算结果表明,高焓风洞实验条件下喷管流场处于热力和化学都是非平衡的状态.在计算条件下,数值模拟以采用7组元或11组元的热化学非平衡模型为宜.
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本文采用直接数值模拟方法对Mc=0.5的三维平面超声速自由剪切层失稳的空间过程进行了计算,模拟了二维波失稳过程、二维波横向失稳继而产生三维波的过程以及最后形成的流向涡结构的过程.文中采用三阶精度的有限差分方法求解了Navier-Stokes方程.在剪切层的上游入口处引入二维扰动波.本文的计算模拟了该扰动波在空间上的发展.计算发现,该二维波在失稳过程中可自然调制出三维波.该三维波在发展初期非常微弱,
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