激波/平板层流边界层干扰熵增特性

作     者：宋家辉 许爱国 苗龙 廖煜淦 梁福文 田丰 聂明卿 王宁飞 SONG Jiahui;XU Aiguo;MIAO Long;LIAO Yugan;LIANG Fuwen;TIAN Feng;NIE Mingqing;WANG Ningfei

作者机构：北京理工大学宇航学院北京100081 北京应用物理与计算数学研究所计算物理全国重点实验室北京100088 冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室绵阳621900 北京理工大学爆炸科学技术国家重点实验室北京100081 北京大学工学院应用物理与技术研究中心高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京100871 北京理工大学重庆创新中心重庆404100 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2023年第44卷第21期

页      面：269-286页

核心收录：

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(12172061,52202460) 冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室稳定支持项目 计算物理全国重点实验室稳定支持项目 爆炸科学与技术国家重点实验室开放课题(北京理工大学)(KFJJ23-02M) 国家重点研发计划(2020YFC2201100,2021YFC2202804) 中国博士后科学基金(2021M690392,2021TQ0036) BICE先进空间推进实验室和高效绿色航天推进技术北京工程研究中心(LabASP-2021-04) 

主　　题：超燃冲压发动机 熵增 非平衡特性 离散玻尔兹曼方法 激波/层流边界层干扰 

摘      要：超声速流动中存在着复杂的激波/边界层干扰现象。在激波/边界层干扰中,激波引起的“波阻和边界层引起的“摩擦阻力是气动阻力的主要来源,而这两种阻力均与熵增直接相关,因而熵增是评估超声速流中气动阻力的关键参数。采用基于非平衡统计物理学的离散玻尔兹曼方法(DBM)对高马赫数规则反射及激波/层流平板边界层干扰问题进行了仿真研究,借助高阶非守恒动理学矩,DBM可以方便地捕捉黏性和热流等热力学非平衡效应,并定量化研究两者引起的熵产生率。结果表明:对于规则反射,反射激波中的非平衡强度强于入射激波;对于激波/层流平板边界层干扰,激波中黏性引起的熵产生率占主导,边界层中热流引起的熵产生率占主导,两种熵产生率的强度均随马赫数的增加而增强。研究结果可为评估进气道内的流动品质提供理论指导。