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场协同原理在高超声速化学非平衡流动中的推广

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宇航学报 2018年第8期39卷 935-942页

作者：刘景源南昌航空大学飞行器工程学院

应用理论分析与数值模拟方法,将对流传热的场协同原理从不可压缩流动推广至高超声速化学非平衡流动中。结果表明,高超声速化学非平衡层流与湍流的热流密度取决于流动的当地单位体积的动量与单位质量总焓梯度的协同。用当地单位体积的动... 详细信息

应用理论分析与数值模拟方法,将对流传热的场协同原理从不可压缩流动推广至高超声速化学非平衡流动中。结果表明,高超声速化学非平衡层流与湍流的热流密度取决于流动的当地单位体积的动量与单位质量总焓梯度的协同。用当地单位体积的动量与单位质量总焓梯度的协同研究高超声速化学非平衡流动的壁面传热问题,对层流流动下的对流传热,不但计及了高超声速化学非平衡流的密度变化对热流密度的影响,而且包括了静焓梯度、压力梯度、边界层内的分子黏性剪切效应对热流密度的作用;对湍流问题,除了上述层流流动各项对热流密度的影响外,还计及了雷诺剪切应力对热流密度的作用。考虑到高超声速化学非平衡流静焓的定义,高超声速化学非平衡层流及湍流的场协同同时计及所有组分的平动能、转动能、振动能及电子能等梯度的贡献。

关键词：场协同原理热流密度高超声速流动化学非平衡流动总焓层流湍流

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COIL化学非平衡流动的一种解耦方法研究

空气动力学学报 2008年第2期26卷 227-230页

作者：张黎叶正寅王刚西北工业大学翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室陕西西安710072

提出了一种计算氧碘化学激光器化学非平衡流动的解耦方法。求解二维可压缩非定常N-S方程及组分连续方程,计算氧碘化学激光器中的组分混合反应流场。空间离散格式为AUSM+up格式,用四步龙格-库塔方法作显式时间推进。假设混合气体为热力... 详细信息

提出了一种计算氧碘化学激光器化学非平衡流动的解耦方法。求解二维可压缩非定常N-S方程及组分连续方程,计算氧碘化学激光器中的组分混合反应流场。空间离散格式为AUSM+up格式,用四步龙格-库塔方法作显式时间推进。假设混合气体为热力学完全而热值非完全气体,化学反应模型采用有限速率反应模型。使用一种"点隐式"方法来处理化学源项的刚性问题。计算结果表明本文方法可以有效解决计算中的刚性问题,与现有隐式算法相比减少了大量的矩阵运算,公式推导简单,易于实现和改进。

关键词：氧碘化学激光器化学非平衡流动解耦方法

激波加热超声速燃烧室直连式试验台喷管中的化学非平衡流动

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空气动力学学报 2020年第2期38卷 268-273页

作者：翟小飞张扣立白菡尘李国志中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳621000

为了开展飞行马赫数8和9的超燃冲压发动机直连式试验研究,将中国空气动力研究与发展中心的FD-14激波风洞改造成了激波加热超声速燃烧室直连式试验台。设计了两组喷管,喷管出口马赫数为3.5和4.5,分别用于模拟飞行马赫数8和9的超燃冲压发... 详细信息

为了开展飞行马赫数8和9的超燃冲压发动机直连式试验研究,将中国空气动力研究与发展中心的FD-14激波风洞改造成了激波加热超声速燃烧室直连式试验台。设计了两组喷管,喷管出口马赫数为3.5和4.5,分别用于模拟飞行马赫数8和9的超燃冲压发动机燃烧室入口气流条件。采用Park、Gupta、Dunn/Kang三种纯空气化学反应动力学模型,对马赫数3.5及马赫数4.5喷管中的化学非平衡流动进行了数值模拟研究,并对三种纯空气化学反应模型进行了比较分析。研究结果表明:在喷管收缩段,N2和O2的离解效应显著,而在喷管扩张段,N原子和O原子的复合效应更加显著;马赫数3.5及马赫数4.5喷管出口的NO摩尔分数分别为2.3%~2.57%和4.8%~6.0%,O原子摩尔分数分别为0.04%~0.11%和0.75%~1.25%,N原子摩尔分数几乎为零;在喷管扩张段,流动为典型的"冻结流";三种化学反应模型中,采用Gupta模型时O2和N2的离解程度最大,相应生成的NO及O原子含量更高,但是三个反应模型计算获得的各个组分在喷管内部及喷管出口截面的分布规律是一致的。

关键词：激波加热直连式试验台喷管化学非平衡流动离解

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一种新型的计算化学非平衡流动的解耦方法

国防科技大学学报 2000年第5期22卷 19-22页

作者：刘君张涵信高树椿国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

给出一种计算化学非平衡流动的解耦方法。利用该方法从薄层近似N S方程出发 ,采用NND2M差分格式 ,数值模拟了H2 /O2 燃烧的超音速绕流场 ;计算表明这种方法可以有效地解决刚性问题 ,而且与现有的隐式算法相比 ,具有公式推导简便 ,占用... 详细信息

给出一种计算化学非平衡流动的解耦方法。利用该方法从薄层近似N S方程出发 ,采用NND2M差分格式 ,数值模拟了H2 /O2 燃烧的超音速绕流场 ;计算表明这种方法可以有效地解决刚性问题 ,而且与现有的隐式算法相比 ,具有公式推导简便 ,占用内存少 ,计算效率高等优点。

关键词：计算方法化学非平衡流动计算流体力学解耦方法

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化学非平衡流动解耦算法及其研究进展

化学非平衡流动解耦算法及其研究进展

尖化前缘的稀薄气体化学非平衡流动和气动加热相似律研究

第十四届全国物理力学学术会议

作者：刘君董海波刘瑜大连理工大学航空航天学院装备指挥学院

对国内外解耦算法的研究现状进行了简单综述,主要介绍我们于1993年提出的新型解耦算法,论证算法方程解耦的物理机理,其中源项方程描述流体微团在当地绝热、定容热力学系统内发生的化学反应过程,流动方程描述流体微团按照冻结流模型保持... 详细信息

对国内外解耦算法的研究现状进行了简单综述,主要介绍我们于1993年提出的新型解耦算法,论证算法方程解耦的物理机理,其中源项方程描述流体微团在当地绝热、定容热力学系统内发生的化学反应过程,流动方程描述流体微团按照冻结流模型保持组元稳定并沿流线的运动。该算法在计算程序编写和具体应用中不断得以改进和丰富,基于有限差分法和有限体积法的特点,形成了多种计算格式,对此我们进行了回颐和总结。算例结果表明,该算法在保持空间精度的同时,时间精度高于点隐算法,计算效率比隐式耦合算法更具优势。这种算法至今仍在发展中,针对有限体积法的体积平均特点,提出流动方程形式与量热完全气体方程相似、不需要组元质量方程的简化算法,根据解耦算法的特点,提出仅在反应区域计算源项方程的耦合过程优化,这些新的改进算法进一步提高了计算效率,在点火延迟和低温燃烧等涉及数十甚至上百组元的复杂反应模型研究中具有应用前景。最后,介绍了我们利用非结构动网格技术模拟高超声速真实气体效应的初步研究成果。

关键词：化学非平衡流动解耦算法有限差分法非结构网格

来源： cnki会议评论

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气体物理 2016年第1期1卷 5-12页

作者：王智慧鲍麟童秉纲中国科学院大学北京100049

以近空间尖前缘高超声速巡航飞行器的研制为背景,作者在前一阶段采用模型理论分析方法,陆续研究了沿微钝前缘驻点线的化学非平衡流动和气动加热相似律,文章是上述研究的综合回顾和深化讨论.稀薄条件下,驻点附近流动和传热出现一系列与... 详细信息

以近空间尖前缘高超声速巡航飞行器的研制为背景,作者在前一阶段采用模型理论分析方法,陆续研究了沿微钝前缘驻点线的化学非平衡流动和气动加热相似律,文章是上述研究的综合回顾和深化讨论.稀薄条件下,驻点附近流动和传热出现一系列与连续流动模型不同的新特征,超出了经典气动热预测理论的适用范围.作者建立了一个沿驻点线能量传递和转化的广义模型,并分别推导了具有实际物理意义的边界层外离解非平衡流动判据和边界层内复合非平衡流动判据.基于这些判据构建了预测非平衡流动驻点气动加热的桥函数,并讨论了稀薄非平衡真实气体流动和气动加热的相似律,发现新型近空间尖前缘飞行器遭遇的气动热环境不同于传统大钝头航天器再入问题,传统的天地换算相似准则将会失效.这些理论分析结果可为稀薄非平衡化学反应流及气动加热的实验和计算提供一个标模检验的手段.

关键词：稀薄气体效应真实气体效应化学非平衡流动

高超声速化学非平衡流动数值模拟若干问题研究

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高超声速化学非平衡流动数值模拟若干问题研究

第九届全国流体力学学术会议

作者：冯一林吴颂平北京航空航天大学航空科学与工程学院北京航空航天大学国家重点流体力学实验室

对高超声速化学非平衡流动数值模拟的深入研究,对于相关航天技术的发展具有非常重要的意义。本文对比研究了不同的算法格式和不同的化学反应模型对化学非平衡流动数值结果的影响:重点采用TVD格式和WENO格式,对应用不同化学反应模型(五... 详细信息

对高超声速化学非平衡流动数值模拟的深入研究,对于相关航天技术的发展具有非常重要的意义。本文对比研究了不同的算法格式和不同的化学反应模型对化学非平衡流动数值结果的影响:重点采用TVD格式和WENO格式,对应用不同化学反应模型(五组分模型、七组分模型和十一组分模型)的典型高超声速绕流流场进行数值模拟分析,并与相关实验结果进行对比。研究表明:七组分模型的WENO格式模拟结果与实验吻合度更好,但是考虑到计算成本和效率等问题,在实际工程计算中采用五组分TVD格式就可以比较理想的结果。

关键词：高超声速化学非平衡流动数值模拟

来源： cnki会议评论

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高超声速化学非平衡流动中的热流计算

高超声速化学非平衡流动中的热流计算

2003空气动力学前沿研究研讨会

作者：谢锦睿吴颂平王浩北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系

本文对化学非平衡流动中壁面热流的计算误差进行了研究。通过分析数值方法计算误差与网格长宽比的关系,提出了网格划分的误差匹配原则。数值试验表明,参照误差匹配原则进行网格划分是有益的,可在保持流场数值计算精度和热流计算准确性... 详细信息

本文对化学非平衡流动中壁面热流的计算误差进行了研究。通过分析数值方法计算误差与网格长宽比的关系,提出了网格划分的误差匹配原则。数值试验表明,参照误差匹配原则进行网格划分是有益的,可在保持流场数值计算精度和热流计算准确性的同时,使网格数量和分布更为合理。

关键词：化学非平衡流动热流计算数值方法气动热边界层

来源： cnki会议评论

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添加自由基对超燃尾喷管性能的影响

高电压技术 2017年第6期43卷 1918-1924页

作者：卿泽旭洪延姬张鹏刘毅装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

为研究等离子体对超燃尾喷管性能的影响,在尾喷管入口的组分中添加一定量的O、H和OH自由基以模拟等离子体的化学效应。采用9组元19步反应的H_2/Air化学动力学模型、有限体积法隐式格式和RNG k-ε湍流模型对尾喷管中的化学非平衡流动进... 详细信息

为研究等离子体对超燃尾喷管性能的影响,在尾喷管入口的组分中添加一定量的O、H和OH自由基以模拟等离子体的化学效应。采用9组元19步反应的H_2/Air化学动力学模型、有限体积法隐式格式和RNG k-ε湍流模型对尾喷管中的化学非平衡流动进行了数值模拟。结果表明:对于飞行马赫数Ma_∞=11,飞行高度h=40 km,以H_2为燃料的超燃冲压发动机,其尾喷管流动的化学非平衡效应不可忽略;当综合添加的O、H和OH自由基质量分数分别为0.64%,0.15%和0.64%时,尾喷管的升力和推力分别提升3.63%、2.21%;综合添加的O、H和OH自由基质量分数越大,尾喷管性能的提升量也越大,且提升得越来越快;当单独添加O、H或OH自由基时,尾喷管性能的提升与自由基的添加量呈现较强的线性关系。等离子体的化学效应可以提高超燃尾喷管性能。

关键词：超燃冲压发动机喷管升力推力自由基等离子体化学非平衡流动