高超声速飞行器磁流体逆向喷流减阻数值模拟研究
发布时间：2021-11-09 04:17
高超声速飞行器因其在速度方面的绝对优势,在民用运输以及国防军事方面有着重要的战略地位,世界各国都十分重视高超声速飞行技术,其中减阻和热防护一直是飞行器发展要解决的两个重要问题。高超声速飞行器飞行时与空气来流摩擦转化为热量,这些热量会产生复杂的物理现象,其中最明显的就是热电离,其使飞行器周围的流体具备一定的导电性,如何利用这一特性来控制飞行器周围的流场从而达到减阻和降热的目的也成为一研究热点。本文在已有逆向喷流和磁场控制研究的基础上,数值模拟了在高超声速飞行下磁场对半球体飞行器磁流体逆向喷流的干扰作用,分析了磁场干扰作用下对飞行器的减阻效果。建立了偶极子磁场作用下磁流体逆向喷流的计算模型,对数值求解方发通过仿真验证计算方法的有效性。进而对不同强度偶极子磁场和磁流体的相互作用进行研究,分析了不同磁场强度条件下逆向喷流的流场结构以及各流场参数。结果显示,随着磁场强度的增加,激波脱体距离在一定范围内增加,激波在半球体两侧逐渐变宽,阻力系数减小,在激波层与半球体之间的流体速度等参数数值逐渐降低。分析了在相同磁场条件下不同喷压比对于偶极子磁场和带电流体的影响。结果表明,随着喷压比的增加,激波脱体距...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高超声速飞行器X-51A
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-8-第2章控制方程及计算方法验证2.1引言在本章中首先在流体力学三个控制方程的基础上引入了磁流体控制方程，然后根据研究特点选择合适的计算方法，最后通过与实验结果进行对比，验证数值求解方法的可行性和有效性。2.2物理模型本文主要研究磁场对于半球体高超声速飞行器逆向喷流带电流体的干扰作用。参照文献[55]，这里所用的物理模型如图2-1所示。模型直径为md，喷口直径为jd。为减小来流边界条件在这里对流场的影响，将半球体计算区域的边界条件定义在半径为10处[56]。其中半球体中心位于坐标点原点，喷口方向为X轴负方向，来流为X轴正方向。图2-1所示为本章计算采用的逆向喷流示意图。其中，0p、0T、0M、0，分别为自由来流的压强、温度、马赫数、比热比，0jp、0jT、jM、j分别为喷流的压强、温度、马赫数、比热比。图2-1半球体模型2.3数值计算方法2.3.1磁流体力学控制方程组本文从电磁学的基本理论出发，对理想的磁流体应用范围进行了一些基本
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-15-到方程的数值解。2.3.4计算网格由于喷流和来流的相互作用，在喷口附近的流场结构相较来流处以及半球体两侧的流场较为复杂，所以对半球体喷口附近的网格进行加密，同时为了能够节省计算资源提高计算效率，在流场变化不大的地方网格适当稀疏。为了能更好捕捉球头体表面的流场，对球头体近壁面以及临近区域进行了加密，壁面网格与球头体表面的距离小于0.01mm；为了提高计算效率，对流场变化不大的部分使用较稀疏的网格，由壁面向外网格间距以1.05的比率增加。网格模型如图2-2所示。图2-2计算网格由于在激波层内流场结构会发生剧烈变化，流动参数也会发生很大变化，除此之外，考虑壁面函数对于壁面网格间距的要求，所以在研究前对网格无关性进行了计算。首先对y相关变量进行定义：+τnuyy=V(2-33)/wu(2-34)uuyu(2-35)其中，u表示摩擦速度，ny为第一层网格距离壁面的法向距离，w表示壁面切应力，u为无量纲速度，y为壁面速度率。在边界层线性底层内的流动特性为粘性流动，粘性占据主导地位。为了保证壁面函数计算准确，需要对基于
本文编号：3484606
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高超声速飞行器X-51A
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-8-第2章控制方程及计算方法验证2.1引言在本章中首先在流体力学三个控制方程的基础上引入了磁流体控制方程，然后根据研究特点选择合适的计算方法，最后通过与实验结果进行对比，验证数值求解方法的可行性和有效性。2.2物理模型本文主要研究磁场对于半球体高超声速飞行器逆向喷流带电流体的干扰作用。参照文献[55]，这里所用的物理模型如图2-1所示。模型直径为md，喷口直径为jd。为减小来流边界条件在这里对流场的影响，将半球体计算区域的边界条件定义在半径为10处[56]。其中半球体中心位于坐标点原点，喷口方向为X轴负方向，来流为X轴正方向。图2-1所示为本章计算采用的逆向喷流示意图。其中，0p、0T、0M、0，分别为自由来流的压强、温度、马赫数、比热比，0jp、0jT、jM、j分别为喷流的压强、温度、马赫数、比热比。图2-1半球体模型2.3数值计算方法2.3.1磁流体力学控制方程组本文从电磁学的基本理论出发，对理想的磁流体应用范围进行了一些基本
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-15-到方程的数值解。2.3.4计算网格由于喷流和来流的相互作用，在喷口附近的流场结构相较来流处以及半球体两侧的流场较为复杂，所以对半球体喷口附近的网格进行加密，同时为了能够节省计算资源提高计算效率，在流场变化不大的地方网格适当稀疏。为了能更好捕捉球头体表面的流场，对球头体近壁面以及临近区域进行了加密，壁面网格与球头体表面的距离小于0.01mm；为了提高计算效率，对流场变化不大的部分使用较稀疏的网格，由壁面向外网格间距以1.05的比率增加。网格模型如图2-2所示。图2-2计算网格由于在激波层内流场结构会发生剧烈变化，流动参数也会发生很大变化，除此之外，考虑壁面函数对于壁面网格间距的要求，所以在研究前对网格无关性进行了计算。首先对y相关变量进行定义：+τnuyy=V(2-33)/wu(2-34)uuyu(2-35)其中，u表示摩擦速度，ny为第一层网格距离壁面的法向距离，w表示壁面切应力，u为无量纲速度，y为壁面速度率。在边界层线性底层内的流动特性为粘性流动，粘性占据主导地位。为了保证壁面函数计算准确，需要对基于
本文编号：3484606
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