考虑空腔的高超声速多流动区域同步数值模拟

发布时间：2021-09-25 15:10

　　先进的高超声速飞行器具有薄壁空腔结构,在飞行过程中受热会产生空腔内气体流动现象,从而影响流场和结构的温度分布。采用数值方法准确模拟高超声速流场、结构温度场和空腔内流动对热结构分析是很有必要的。以研究空腔流动对结构温度分布影响为目的,发展了一种适用于多流动区域流场/结构温度场耦合问题的同步计算方法,并以高超声速带空腔结构物体为例,数值研究了其外部气动热/结构热传导引起的空腔热对流问题。以已发展的高超声速外流场/结构温度场同步计算方法为基础,为了进一步考虑空腔内低速流场,采用了预处理矩阵方法。在流场与结构温度场的交界面两侧分别引入虚拟单元,从而高效地实现相邻场之间物理信息交换。首先通过标准算例验证了方法在求解单独气动热/结构热传导问题以及空腔自然对流问题中的准确性。进而对封闭和带有开孔的两种高超声速运动圆环分别进行多流动区域同步数值模拟。计算结果表明,由于结构温度不均匀引起的空腔内热对流反之也会对结构温度场分布产生轻微的影响。在空腔内气体流动的影响下,封闭圆环的前缘温度在35s内最多下降0.8%左右。对于带开孔空腔的圆环,其孔壁周边温度在0.5s内能够超过外流前缘驻点温度。 

【文章来源】：空气动力学学报. 2019,37(06)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

同步计算方法计算得到的表面压强分布与试验值对比

通过与文献对比温度在半高度位置沿水平方向分布（图2）可知，引入预处理矩阵的可压缩N-S方程得到的数值模拟结果与文献符合很好。图3、图4给出了不同瑞利数温度云图与文献[10]对比。图3 Ra=1×103温度云图对比

Ra=1×103温度云图对比

【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速多体分离过程气动加热计算技术[J]. 季卫栋,王江峰,唐国庆.  空气动力学学报. 2014(06)
[2]载人飞船舷窗防热与密封结构的设计与试验(英文)[J]. 吴国庭.  航天器工程. 2007(03)
[3]高速飞行器流场和固体结构温度场一体化计算新方法的初步研究[J]. 耿湘人,张涵信,沈清,高树椿.  空气动力学学报. 2002(04)



本文编号：3409959