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高温化学非平衡效应对高超声速飞行器气动力/热影响的数值研究进展

Progress in the numerical study on the aerodynamic and thermal characteristics of hypersonic vehicles:High-tempera-ture chemical non-equilibrium effect

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本文主要针对高温化学非平衡效应对高超声速飞行器气动力热影响的数值研究进行了综述.首先分析了高温化学非平衡流动数值模拟中的物理化学模型影响,发现组分扩散系数模型会对完全催化壁条件下的气动热结果产生影响;不同化学动力学模型对于激波/激波干扰等复杂流动区域预测的热流峰值差距甚至高达20％以上.壁面催化效应对气动热影响显著,有限催化模型目前仍在发展当中,其中运用气固表面有限速率化学反应动力学方法得到催化反应速率的模型更具发展潜力.材料烧蚀会在边界层内引入质量引射效应,同时热解气体还会与边界层中的高温空气组分发生复杂化学反应,总体上会显著降低气动热.高温化学非平衡效应对飞行器表面压强的影响主要存在两种机制:一种是激波后比热比变小会引起波后压强增大;另一种是脱体激波角变小进而减小波后压强,对航天飞机、返回舱等典型外形的升/阻力影响相对较小,而对力矩影响较大.最后,高温化学非平衡效应对高超声速湍流边界层的脉动特性产生影响,同时使壁面摩阻增加而热流降低,但并未改变湍流边界层的速度、密度、温度和组分浓度的标度律.

莫凡、高振勋、蒋崇文、李椿萱

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北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100191

中国航天科技集团公司航天飞行器气动热防护实验室,北京100191

高超声速 化学非平衡 催化/烧蚀 气动力/热 湍流边界层

国家数值风洞工程项目国家自然科学基金

NNW2018-ZT3A0511872094

2021

10.1360/SSPMA-2021-0110

中国科学(物理学 力学 天文学)
中国科学院

中国科学(物理学 力学 天文学)

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：0.644
ISSN：1674-7275
年,卷(期)：2021.51(10)
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