高超声速流场支杆射流减阻降热的流热耦合

发布时间：2021-11-22 14:18

　　为缓解高超声速飞行器头部面临的高温高压环境,针对支杆和逆向射流组合式减阻降热方案开展深入研究。基于有限体积法求解雷诺平均Navier-Stokes方程组,并采了切应力输运k-ω湍流模型模。采用共轭传热法求解固体热传导方程。结果表明:引入逆向射流将显著提高减阻降热性能。钝体头部阻力系数随着支杆长度增长显著降低,当支杆长径比从0.5增大至2.0时,阻力系数降低21%左右,而热流密度峰值几乎不受影响。提高逆向射流总压比能显著降低钝体头部壁面压力,但将逆向射流的附加阻力纳入考虑后,实际减阻效果反而变差。当逆向射流总压比从0.4升高至0.8时,钝体头部壁面热流密度峰值降幅达62.5%。通过共轭传热法分析表明,钝体头部结构温度随时间增长而显著上升,壁面热流密度峰值随着时间的推进而缓慢下降。 

【文章来源】：航空动力学报. 2020,35(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

物理模型

由图3可见,计算所得压力与热流密度分布与实验结果吻合较好。综上,文中采用的数值方法能够适用于捕捉复杂流动结构,并能可靠地预测壁面热流密度。图3 t=2s时圆柱表面热流密度和压力曲线计算结果同实验数据对比

图7 t=0.2s时钝体头部壁面压力和热流密度分布对比图9所示为钝体头部热流密度及温度随时间变化曲线图。由图9可知,热流密度随着时间的增长而减小,而温度呈现相反趋势,其各自的变化幅度趋势都是随时间增长而变小。t=0.1,1.0,1.5,2.0 s时钝体头部温度云图如图10所示。随着时间的增长,不仅温度峰值在增大,气动传热影响的深度也在增加。可以预测,由于钝体头部壁面流体温度梯度的存在,随着时间的增长温度会持续升高,但同时壁面温度的上升会削弱外部气动加热,热流密度也会逐渐降低。考虑到在实际飞行过程中,气动热对钝体头部结构造成的影响是一个随时间变化的动态过程,所以有必要采用流热耦合研究预测气动热带来的影响。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3511866