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高马赫数激波作用下单模界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性数值模拟
1
作者 高士清 邹立勇 +2 位作者 唐久棚 李季 林健宇 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期36-56,共21页
为了研究高马赫数激波冲击下的单模界面Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性,特别是高马赫数激波带来的热化学非平衡效应的影响,采用基于有限体积方法的二维高温非平衡流动程序,利用自适应非结构网格模拟了空气中高马赫数激波冲击两侧温度不... 为了研究高马赫数激波冲击下的单模界面Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性,特别是高马赫数激波带来的热化学非平衡效应的影响,采用基于有限体积方法的二维高温非平衡流动程序,利用自适应非结构网格模拟了空气中高马赫数激波冲击两侧温度不同的单模界面导致的RM不稳定现象。研究中涵盖了轻/重界面和重/轻界面2种情况,涉及的激波马赫数范围分别为6~9和8~11。对比了冻结流、热非平衡流和热化学非平衡流3种气体模式下的流场演化过程,揭示了扰动增长和增长率的变化规律。通过对比扰动增长的线性理论和非线性理论,分析了初始激波马赫数和初始扰动尺度的变化对RM不稳定性的影响,同时讨论了涡量场分布和环量的演化规律。结果表明,与冻结流相比,热化学非平衡流中透射激波、反射波及界面速度明显不同,扰动振幅增长率峰值降低,界面增长率脉动减弱,界面不稳定性增长速度变慢。通过对比多种理论模型和本文的数值模拟结果,发现Zhang-Sohn模型相对于其他模型更适用于高马赫数激波作用下的单模界面RM不稳定性问题。对涡量场的研究发现,有2个较强的涡量生成区域,一个位于界面上,另一个位于透射激波波后,这同低马赫数下涡量主要在界面上生成的结论显著不同。此外,热化学非平衡流中环量的幅值大小低于冻结流中的结果,这与热化学非平衡流中扰动的增长低于冻结流的结论对应。 展开更多
关键词 RICHTMYER-MESHKOV不稳定性 高马赫数激波 高温非平衡效应 Zhang-Sohn模型
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高焓湍流边界层黏性耗散对壁面热流的影响
2
作者 李峻洋 刘朋欣 +3 位作者 余明 孙东 董思卫 袁先旭 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第15期279-290,共12页
飞行器在高速飞行过程中,头部激波会强烈压缩来流使得气体温度急剧增大,激发高温非平衡效应。高温非平衡效应与湍流耦合作用形成高焓湍流边界层,使得飞行器表面热流生成机制变得更加复杂。基于内能守恒方程,推导出适用于高焓湍流边界层... 飞行器在高速飞行过程中,头部激波会强烈压缩来流使得气体温度急剧增大,激发高温非平衡效应。高温非平衡效应与湍流耦合作用形成高焓湍流边界层,使得飞行器表面热流生成机制变得更加复杂。基于内能守恒方程,推导出适用于高焓湍流边界层的热流分解公式,并对高焓零压力梯度平板湍流边界层热流生成机制进行分析,重点关注了黏性耗散作用对热流生成的影响。结果表明,黏性耗散是热流生成的主要来源,高温非平衡效应会在近壁区增大黏性耗散的贡献。黏性耗散作用可以分解为平均黏性耗散、脉动黏性耗散2部分,分别主要分布于近壁区和对数区。2部分黏性耗散作用都对壁面热流产生显著影响,且平均黏性耗散对壁面热流的贡献大约是脉动黏性耗散的2倍。 展开更多
关键词 高温非平衡效应 湍流边界层 直接数值模拟 热流分解 黏性耗散
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传感器催化特性差异对气动热影响的计算分析 被引量：6
3
作者 丁明松 董维中 +2 位作者 高铁锁 江涛 刘庆宗 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期1361-1371,共11页
针对高温气体效应及壁面催化效应对气动热环境影响,考虑高温空气各种化学反应、分子振动激发、流动中的非平衡效应以及壁面催化复合反应,通过数值求解热化学非平衡N-S方程和壁面能量、质量平衡方程,完善了有限催化条件下高温热化学非平... 针对高温气体效应及壁面催化效应对气动热环境影响,考虑高温空气各种化学反应、分子振动激发、流动中的非平衡效应以及壁面催化复合反应,通过数值求解热化学非平衡N-S方程和壁面能量、质量平衡方程,完善了有限催化条件下高温热化学非平衡流场气动热环境数值模拟方法和程序。在此基础上,针对廉金属热电偶传感器热流测量问题,开展了不同条件下高超声速热化学非平衡流场气动热环境数值模拟,分析了催化特性差异对局部气动热环境（传感器表面热流）的影响规律,为试验数据的误差带分析、修正处理和使用提供参考。研究表明：1）催化特性差异会给局部区域带来很强质量扩散热流,使总热流发生跳变,给传感器热流测量带来不可忽视的误差;2）材料催化特性差异越大,热流跳变量越大,某些条件下时,局部热流值将远远高于全表面FCW模拟的结果,其影响量可达100%以上;3）本文计算条件下,飞行马赫数越大、飞行高度越低,催化特性差异的影响越大;4）催化特性差异带来的影响还与飞行攻角、飞行器表面温度等因素存在一定关联,在催化复合系数相同情况下,表面温度越高,影响量越大。 展开更多
关键词 热流传感器 气动热环境 高温气体非平衡效应 催化效应 数值模拟
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高超飞行器喷流干扰流场非平衡效应影响分析 被引量：1
4
作者 傅杨奥骁 高铁锁 +3 位作者 丁明松 刘庆宗 江涛 董维中 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期102-114,共13页
针对高超声速飞行器绕流与反作用控制系统(RCS)喷流相互干扰过程中高温气体非平衡效应的影响问题,基于高温空气及喷流燃气物理化学模型,通过数值求解三维非平衡雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程,开展了典型外形喷流干扰非平衡流场的数... 针对高超声速飞行器绕流与反作用控制系统(RCS)喷流相互干扰过程中高温气体非平衡效应的影响问题,基于高温空气及喷流燃气物理化学模型,通过数值求解三维非平衡雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程,开展了典型外形喷流干扰非平衡流场的数值模拟,研究了绕流空气非平衡效应、喷流燃气非平衡效应及其综合的流场高温非平衡效应的影响,分析了不同飞行条件下流场高温气体非平衡效应对流场结构及飞行器气动力热特性影响的变化规律。研究表明:绕流空气非平衡效应在高马赫数下影响显著,表现为减小喷流附加推力、降低干扰区热流峰值,随着马赫数升高,其影响逐渐增大;喷流燃气非平衡效应在不同状态下的影响存在差别,在低空状态下,燃气组分主要发生复燃/复合反应,导致喷流附加推力增大、干扰区热流峰值升高,在高空状态下,燃气组分主要发生离解反应,导致喷流附加推力减小、干扰区热流峰值降低,沿弹道高度升高,喷流燃气的复合反应减弱而离解反应增强;为了更加真实地模拟高超声速飞行器RCS喷流干扰流场特性,有必要全面地考虑流场中的高温气体非平衡效应。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 反作用控制系统(RCS) 喷流干扰 高温气体非平衡效应 复燃反应 离解反应
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