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题名湍流边界层与高温气体效应耦合的直接数值模拟
被引量：10
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作者
吴正园
莫凡
高振勋
蒋崇文
李椿萱
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机构
北京航空航天大学
中国航天科技集团航天飞行器气动热防护实验室
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出处
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2020年第6期1111-1119,1128,I0003,共11页
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基金
国家数值风洞工程
国家自然科学基金(11872094)。
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文摘
针对高超声速湍流边界层开展了直接数值模拟研究,对高温气体效应与湍流的耦合作用机理进行了分析。研究表明,高温气体效应使边界层内平均温度显著降低,平均密度显著升高。对于湍流脉动量,高温气体效应对温度脉动有较强的抑制作用,而对流向及壁面法向速度脉动和密度脉动的影响趋势在近壁面区域和边界层外层是相反的。在近壁面区域,流向和壁面法向速度脉动和密度脉动都被增强,而在边界层外层,高温气体效应则会抑制该速度脉动和密度脉动。在整个边界层内,高温气体效应使展向速度脉动降低。对于边界层内的雷诺应力,在y+>500区域,高温气体效应会使雷诺应力值减小;而在y+<500的近壁面区域内,高温气体效应明显增大了雷诺应力值,进而增强了湍流引起的动量交换,从而使壁面处速度梯度增加,最终使摩擦阻力增加。对壁面热流,高温气体效应引起的较明显的平均温度降低使得壁面温度梯度降低,导致热流降低。高温气体效应使壁面平均压强和脉动压强均增加。
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关键词
高温气体效应
湍流边界层
直接数值模拟
多物理场耦合
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Keywords
high temperature gas effect
turbulent boundary layer
direct numerical simulation
multiphysics coupling
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分类号
O354.7
[理学—流体力学]
O357.4
[理学—力学]
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题名可压缩湍流边界层燃烧减阻研究综述
被引量：5
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作者
刘宏鹏
高振勋
蒋崇文
李椿萱
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机构
北京航空航天大学航空科学与工程学院
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出处
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2020年第3期593-602,共10页
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基金
国家自然科学基金重大研究计划面上项目(91641123)。
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文摘
减阻设计对于提高超燃冲压发动机性能具有重要意义,而边界层燃烧是一种有效的减阻方法。综述分别从实验、理论和数值模拟研究方面介绍了边界层燃烧减阻的相关进展。实验研究验证了边界层燃烧减阻的有效性,研究了不同因素对边界层燃烧减阻效率的影响,初步形成了将该减阻技术应用于高超声速飞行器的能力。理论研究建立了考虑边界层燃烧的壁面摩阻、热流理论计算模型,而数值模拟帮助揭示了边界层燃烧减阻的内在物理机理。澳大利亚Queensland大学在该方面开展了较为系统的研究,欧洲、美国、俄罗斯、日本等在该方面极少公开发表相关研究成果。中国学者取得了一定进展,但与世界先进水平仍有较大差距,尤其是在实验研究方面。
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关键词
超燃冲压发动机
减阻设计
可压缩流动
湍流
边界层燃烧
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Keywords
scramjet engine
drag reduction design
compressible flow
turbulence
boundary layer combustion
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分类号
V211.3
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
TK16
[动力工程及工程热物理—热能工程]
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题名边界层内WENO格式特征重构精度的理论分析
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作者
许珂
高振勋
蒋崇文
李椿萱
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机构
北京航空航天大学航空科学与工程学院
中国航天科技集团航天飞行器气动热防护实验室
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出处
《航空学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第S01期65-74,共10页
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基金
国家数值风洞(NNW2018-ZT3A05)
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文摘
WENO格式因其高精度以及良好的激波捕捉能力而被广泛地用于可压缩湍流的数值模拟过程中。为了在有强间断的流场中仍然能保证数值稳定,通常将流动物理量投影到特征空间后再进行WENO重构。然而这种特征重构方法在边界层内的精度问题仍需要进一步分析与研究。通过可压缩边界层自相似解构造平板边界层内法向的流动参数,并在该方向上进行WENO重构,得到求解半点数值通量的WENO非线性权重。通过分析实际得到的权重与理想权重的偏差大小发现在边界层流动中特征重构的精度明显低于分量重构。为了更深入地分析特征重构精度降低的原因,通过对曲线坐标系下的流动方程进行理论分析,推导得到特征重构时的特征变量形式。根据特征变量表达式以及自相似解中权重误差分布发现引起特征重构精度降低的主要原因是特征投影过程在半点处出现了额外的极值点,同时这种因特征投影过程而产生极值的特性将不会随着左右特征矩阵的不同选取而发生改变。进一步地,基于理论分析的普适性,对于任何光滑流场,只要使用特征重构的投影过程,都会在半点处产生极值从而使得WENO系列格式产生精度降低的现象。
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关键词
WENO格式
特征重构
分量重构
格式精度
可压缩自相似解
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Keywords
WENO scheme
characteristic-wise reconstruction
component-wise reconstruction
accuracy of method
compressible self-similar solution
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分类号
V211.3
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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题名超声速可压缩火焰面模型的研究进展
- 4
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作者
高振勋
蒋崇文
李椿萱
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机构
北京航空航天大学国家计算流体力学实验室
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出处
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2020年第4期651-659,I0001,共10页
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基金
国家自然科学基金“面向发动机的湍流燃烧基础研究重大研究计划”面上项目(91641123)。
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文摘
火焰面类模型最初是针对低速流动提出的湍流燃烧模型,本文针对其向超声速可压缩流动的推广研究进行了综述。对于火焰面模型,其数据库建立时环境压强为常数以及静焓与混合分数线性关系的假设在超声速流动中均不适用。数值实验发现:一方面,数据库中主要组分浓度对于环境压强的变化并不敏感,但中间产物浓度在不同压强下变化明显;另一方面,静焓与混合分数偏离线性关系这一因素所引起的火焰面模型获得的温度场差别很小。对于火焰面/进度变量模型,其数据库中进度变量的化学反应源项对于压强和静焓-混合分数关系的变化则很敏感,现有考虑这一影响的可压缩修正主要是通过针对利用未经修正的数据库PDF积分后的平均源项进行标度来实现。数值结果表明,可压缩标度方法可有效考虑高马赫数效应对进度变量源项的影响,从而改善火焰面/进度变量模型对超声速燃烧流动的模拟精度。
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关键词
超声速燃烧
火焰面模型
火焰面/进度变量模型
可压缩修正
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Keywords
supersonic combustion
flamelet model
flamelet/progress variable model
compressibility correction
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分类号
V235.21
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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