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题名壁面辐射平衡DSMC方法及其在双锥构型中应用
被引量：2
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作者
金浩
方明
李埌全
刘沙
钟诚文
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机构
西北工业大学航空学院
中国空气动力研究与发展中心
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出处
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2021年第5期75-81,共7页
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基金
国家数值风洞工程(NNW)。
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文摘
临近空间高超声速飞行器在高空长时间飞行,受气流加热影响,飞行器表面温度显著升高,依赖地面试验和传统DSMC仿真预测的热流值明显高于飞行观测值,导致飞行器防热系统的保守设计。本文发展了一种基于壁面辐射平衡的DSMC边界模型,通过热流值反算辐射平衡壁面温度,并以此温度作为下一个时间步DSMC计算的边界条件,迭代更新至给出壁面温度的收敛值。基于该温度边界条件,开发了适用于轴对称构型的DSMC求解器,并以钝锥构型对计算模型和求解器进行了验证。重点针对激波风洞试验条件下的双锥构型,开展数值模拟研究,结果表明:该构型恒温冷壁条件得到的壁面压力分布和热流与风洞试验结果吻合,两种温度条件下的压力峰值差异约为15.4%,但是整体气动力特性差异仅约为0.33%;相对于冷壁,辐射平衡计算得到的前缘处热流峰值降低约50%,再附点处的热流峰值降低约三分之二;两种条件相结合,可以给出壁面热流的预测范围。
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关键词
DSMC方法
辐射平衡壁面边界
壁面热流
双锥绕流
高超声速
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Keywords
DSMC method
radiative equilibrium boundary
surface heat flux
flow around double cone
hypersonic flow
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分类号
O414.14
[理学—理论物理]
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题名极高超声速稀薄气体原子辐射效应的p-DSMC方法
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作者
杨全顺
方明
李埌全
粟斯尧
杨彦广
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机构
中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所
中国空气动力研究与发展中心
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出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第7期1943-1951,共9页
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文摘
极高超声速流动激波层内的高温导致内能模态的激发并伴随热辐射发生,过高的温度使得空气分子完全解离,原子组分对辐射热的贡献将达到80%以上.本文基于优化的原子辐射模型,提出追踪光子-直接模拟蒙特卡罗(p-DSMC)方法,研究了稀薄流区不同马赫数下的高超声速二维圆柱绕流的壁面辐射加热,获得了有无激发辐射效应的壁面压力和热流以及沿驻点线变化的平动、振动和转动温度.在不考虑激发辐射效应的情况下,得到的壁面压力和热流与已有的模拟结果符合的非常好,误差均在5%以内,尤其是在驻点位置,误差在1%以内;获得的平动、振动以及转动温度均与文献结果符合的很好.在相同的来流条件下,考虑辐射效应后发现,来流速度低于10 km/s时,辐射加热不明显,在驻点区域,辐射加热占对流加热比重在7%左右;来流速度大于10 km/s时,在驻点区域,辐射加热占对流加热比重将超过30%.考虑辐射效应后,对非平衡区的平动、转动和振动温度的最大值影响不大.此外,另一个重要结论是,流场中原子的浓度是影响壁面辐射热流大小的一个重要因素.
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关键词
极高超声速
辐射效应
DSMC方法
光子追踪
气动加热
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Keywords
extremely supersonic
radiation effect
DSMC method
photon tracking
aerodynamic heating
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分类号
V19
[航空宇航科学与技术—人机与环境工程]
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