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一种新型的计算化学非平衡流动的解耦方法 被引量：27
1
作者 刘君 张涵信 高树椿 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 2000年第5期19-22,共4页
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... 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 。 展开更多
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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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 被引量：3
2
作者 翟小飞 张扣立 +1 位作者 白菡尘 李国志 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第2期268-273,共6页
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... 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。 展开更多
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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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 被引量：10
3
作者 王智慧 鲍麟 童秉纲 《气体物理》 2016年第1期5-12,共8页
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... 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. 展开更多
关键词 稀薄气体效应 真实气体效应 化学非平衡流动
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COIL化学非平衡流动的一种解耦方法研究 被引量：1
4
作者 张黎 叶正寅 王刚 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2008年第2期227-230,共4页
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... 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。 展开更多
关键词 氧碘化学激光器 化学非平衡流动 解耦方法
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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
5
作者 刘景源 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期935-942,共8页
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... 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。 展开更多
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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非平衡流计算方法及其模拟激波诱导振荡燃烧 被引量：11
6
作者 刘君 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2003年第1期53-58,共6页
给出一种数值模拟高超声速化学非平衡流动的计算方法,采用流动项与化学反应生成源项解耦处理,即可以有效地解决非平衡流动计算中遇到的刚性问题,还具有公式推导简单和应用方便的优点。从薄层近似N-S方程出发,采用ENO差分格式,数值模拟... 给出一种数值模拟高超声速化学非平衡流动的计算方法,采用流动项与化学反应生成源项解耦处理,即可以有效地解决非平衡流动计算中遇到的刚性问题,还具有公式推导简单和应用方便的优点。从薄层近似N-S方程出发,采用ENO差分格式,数值模拟了超音速H2/Air预混合气体钝体绕流场,较好分辨出流场中激波诱导振荡燃烧非定常流动现象,表明计算方法具有较高的精度。对计算方法的效率和网格数的影响也进行研究。 展开更多
关键词 化学非平衡流动 微波诱导不稳定燃烧 计算流体力学方法
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高超声速电离绕流的数值模拟 被引量：11
7
作者 高铁锁 李椿萱 +1 位作者 董维中 张巧芸 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2002年第2期184-191,共8页
本文从三维N S方程出发 ,采用隐式L U分解算法和 7组分 1 5个反应的化学模型 ,数值模拟高超声速电离空气绕流。首先采用对称TVD格式、AUSMPW +格式和VanLeer的矢通量分裂格式计算了高超声速球头绕流 ,并对它们的计算结果做了对比分析。... 本文从三维N S方程出发 ,采用隐式L U分解算法和 7组分 1 5个反应的化学模型 ,数值模拟高超声速电离空气绕流。首先采用对称TVD格式、AUSMPW +格式和VanLeer的矢通量分裂格式计算了高超声速球头绕流 ,并对它们的计算结果做了对比分析。然后用前两种格式 ,对RAM C飞行试验模型三个再入高度 ( 81km、71km、61km)的流场进行了数值模拟 。 展开更多
关键词 高超声速电离绕流 数值模拟 化学非平衡流动 电子数密度 高超声速飞行器
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基于新型解耦算法的激波诱导燃烧过程数值模拟 被引量：6
8
作者 刘君 刘瑜 周松柏 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第3期572-578,共7页
对一种模拟化学非平衡流动的时间和空间二阶精度新型解耦算法进行两方面改进,流动算子采用基于Runge-Kutta方法的时间格式以后,可以推广到更多的空间差分格式,化学反应源项求解算子可以采用梯形公式、拟稳态逼近法和变系数常微分方程求... 对一种模拟化学非平衡流动的时间和空间二阶精度新型解耦算法进行两方面改进,流动算子采用基于Runge-Kutta方法的时间格式以后,可以推广到更多的空间差分格式,化学反应源项求解算子可以采用梯形公式、拟稳态逼近法和变系数常微分方程求解器.对H_2/Air预混气体中激波诱导振荡燃烧的Lehr试验进行模拟,考察了化学动力学模型、网格尺寸和差分格式耗散大小对计算结果的影响,同时对不同的化学反应源项算子求解算法的计算效率进行了比较. 展开更多
关键词 化学非平衡流动 解耦算法 计算方法
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离解组分复合对超燃尾喷管性能的影响 被引量：3
9
作者 张晓源 覃粒子 +1 位作者 刘宇 何淼生 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期589-594,共6页
采用13组分33步反应的H2/Air化学动力学模型,对超燃冲压发动机尾喷管化学非平衡流动和冻结流动进行数值模拟。计算表明,离解组分的复合现象存在于超燃冲压发动机尾喷管内流动中,并对尾喷管性能产生影响。随飞行马赫数的增加,离解组分复... 采用13组分33步反应的H2/Air化学动力学模型,对超燃冲压发动机尾喷管化学非平衡流动和冻结流动进行数值模拟。计算表明,离解组分的复合现象存在于超燃冲压发动机尾喷管内流动中,并对尾喷管性能产生影响。随飞行马赫数的增加,离解组分复合现象更显著,对尾喷管性能产生的影响也越大。在飞行马赫数为8.0的计算工况下,化学非平衡流动模型计算所得尾喷管性能与冻结流动模型相比高出约2%,该条件下忽略NO2,H2O2等组分以简化化学反应机理,对尾喷管性能计算结果的影响甚微。 展开更多
关键词 超燃冲压发动机 喷管 化学非平衡流动 离解 性能计算
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基于DSMC方法的再入飞行器微烧蚀研究 被引量：1
10
作者 甘驰 陈松 张俊 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1847-1857,共11页
高超声速再入飞行器面临着严峻的气动热环境,准确预测微烧蚀过程对热防护系统的设计至关重要.由于烧蚀会改变气动外形,进而影响周围的气动热环境以及烧蚀过程本身,因此需要将烧蚀过程与流场变化进行耦合计算.文章采用基于直接模拟蒙特卡... 高超声速再入飞行器面临着严峻的气动热环境,准确预测微烧蚀过程对热防护系统的设计至关重要.由于烧蚀会改变气动外形,进而影响周围的气动热环境以及烧蚀过程本身,因此需要将烧蚀过程与流场变化进行耦合计算.文章采用基于直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法的开源程序SPARTA,对高超声速条件下的再入飞行器表面微烧蚀问题展开研究.为构建并测试通用的耦合算法,通过典型的一维烧蚀模型改进了SPARTA的动能烧蚀模型并采用烧蚀表面热平衡模型计算烧蚀速率,结合Marching Square算法的特点修改了网格节点的计算方法.针对柱体、球锥以及带有微小粗糙元的斜楔体等典型外形,文中计算了二维条件下不同气动外形的烧蚀过程并进行了详细分析.其中球锥截面烧蚀预测结果中沿驻点线的烧蚀面呈现出较快的衰退速率,并且与文献中驻点附近的结果吻合情况较好.斜楔体的烧蚀结果表明,微小粗糙元的附近存在着非常稀薄的流场区域,并且其与头部驻点区域会率先发生烧蚀,反映了再入飞行器表面的微烧蚀特征.烧蚀结果对高超声速下微烧蚀机理的研究以及热防护系统的设计具有参考意义. 展开更多
关键词 烧蚀 DSMC 方法 SPARTA 高超声速再入 化学非平衡流动
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