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稀薄气体流动非线性耦合本构关系研究进展
被引量：
1
1
作者
袁震宇
陈伟芳
+1 位作者
江中正
赵文文
《气体物理》
2022年第5期1-15,共15页
临近空间高超声速飞行器流场蕴含着复杂的非线性流动机理与丰富的热化学非平衡流动现象,基于Newton摩擦定律和Fourier热传导定律的Navier-Stokes(N-S)方程不足以描述高超声速飞行器从连续流到稀薄流的多尺度非平衡现象。非线性耦合本构...
临近空间高超声速飞行器流场蕴含着复杂的非线性流动机理与丰富的热化学非平衡流动现象,基于Newton摩擦定律和Fourier热传导定律的Navier-Stokes(N-S)方程不足以描述高超声速飞行器从连续流到稀薄流的多尺度非平衡现象。非线性耦合本构关系(nonlinear coupled constitutive relations,NCCR)作为一种全新的本构方程体系,在严格满足热力学熵条件的基础上,巧妙地构建了应力与热流的非线性表达形式。然而,NCCR方程的强非线性耦合特性是求解过程的一大难题。为了克服这一技术瓶颈,提出了混合迭代算法,为实现NCCR方程的高效稳定求解提供了坚实的理论基础。在该理论研究的基础上,考虑到原始NCCR方程对热通量演化方程的简化处理,降低了方程的计算精度,提出了改进的NCCR+方程。该方程在强激波压缩区域和膨胀区域表现出比传统NCCR方程更高的计算精度与更强的非平衡流动模拟能力。同时,为了解决临近空间高超声速空气动力学的多尺度与多物理效应耦合难题,提出了NCCR与转动非平衡的耦合计算模型,拓展了NCCR方程在双原子气体中的模拟能力。为了揭示稀薄气体效应与真实气体效应的耦合作用机理,进一步建立了NCCR与热化学反应的耦合计算方法。大量研究结果表明,考虑多物理效应的NCCR方程在低Kn下能够恢复到与N-S方程一致的解。随着Kn的增加,流场的非平衡程度逐渐增强,其结果与N-S方程差异显著,而与DSMC方法计算结果和实验数据具有更好的一致性。
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关键词
稀薄气体动力学
高超声速空气动力学
非线性耦合本构关系
混合迭代算法
多物理场建模
数值计算与验证
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职称材料
基于非线性耦合本构关系模型的尖化前缘气动加热影响研究
2
作者
杨俊沅
李旭东
+3 位作者
曾舒华
赵文文
张赋
陈伟芳
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第10期2321-2330,共10页
结合数值模拟与风洞试验技术,在高超声速连续/稀薄滑移流条件下对尖化前缘这一典型构型的气动加热影响开展深入研究.在三维有限体积框架下,应用非线性耦合本构关系(nonlinear coupled constitutive relations,NCCR)模型对试验工况下的...
结合数值模拟与风洞试验技术,在高超声速连续/稀薄滑移流条件下对尖化前缘这一典型构型的气动加热影响开展深入研究.在三维有限体积框架下,应用非线性耦合本构关系(nonlinear coupled constitutive relations,NCCR)模型对试验工况下的尖化前缘外形开展数值计算,检验NCCR模型在尖化前缘构型中准确描述局部稀薄非平衡流动和物面气动热的性能.数值结果与实验数据对比表明,在等效高度33 km的风洞试验条件下,NCCR模型计算得到的驻点热流系数峰值同实验值偏差为1.81%,Fay-Riddell公式和纳维−斯托克斯(Navier-Stokes,NS)方程得到的驻点热流系数峰值同实验值偏差均在5%以内,物面其他位置的壁面热流系数计算值与实验值偏差均在10%以内,证明此时飞行器尖化前缘区域局部稀薄气体效应对气动加热影响程度较弱;在等效高度60 km时,飞行器尖化前缘区域附近的局部稀薄气体效应对气动加热的影响较为明显,NS方程计算的驻点热流系数偏差为33.31%,Fay-Riddell公式计算驻点热流系数同实验值偏差为29.5%,NCCR模型计算的驻点热流系数与实验值的偏差为11.77%.体现出NCCR模型求解稀薄非平衡流动的优势.
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关键词
高超声速流动
风洞试验
非线性耦合本构关系
尖化前缘
气动加热
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职称材料
题名
稀薄气体流动非线性耦合本构关系研究进展
被引量：
1
1
作者
袁震宇
陈伟芳
江中正
赵文文
机构
浙江大学航空航天学院
出处
《气体物理》
2022年第5期1-15,共15页
基金
国家自然科学基金(6162790014,12002306)
国家数值风洞工程(NNWZN2A19036,NNWZN1B19012)。
文摘
临近空间高超声速飞行器流场蕴含着复杂的非线性流动机理与丰富的热化学非平衡流动现象,基于Newton摩擦定律和Fourier热传导定律的Navier-Stokes(N-S)方程不足以描述高超声速飞行器从连续流到稀薄流的多尺度非平衡现象。非线性耦合本构关系(nonlinear coupled constitutive relations,NCCR)作为一种全新的本构方程体系,在严格满足热力学熵条件的基础上,巧妙地构建了应力与热流的非线性表达形式。然而,NCCR方程的强非线性耦合特性是求解过程的一大难题。为了克服这一技术瓶颈,提出了混合迭代算法,为实现NCCR方程的高效稳定求解提供了坚实的理论基础。在该理论研究的基础上,考虑到原始NCCR方程对热通量演化方程的简化处理,降低了方程的计算精度,提出了改进的NCCR+方程。该方程在强激波压缩区域和膨胀区域表现出比传统NCCR方程更高的计算精度与更强的非平衡流动模拟能力。同时,为了解决临近空间高超声速空气动力学的多尺度与多物理效应耦合难题,提出了NCCR与转动非平衡的耦合计算模型,拓展了NCCR方程在双原子气体中的模拟能力。为了揭示稀薄气体效应与真实气体效应的耦合作用机理,进一步建立了NCCR与热化学反应的耦合计算方法。大量研究结果表明,考虑多物理效应的NCCR方程在低Kn下能够恢复到与N-S方程一致的解。随着Kn的增加,流场的非平衡程度逐渐增强,其结果与N-S方程差异显著,而与DSMC方法计算结果和实验数据具有更好的一致性。
关键词
稀薄气体动力学
高超声速空气动力学
非线性耦合本构关系
混合迭代算法
多物理场建模
数值计算与验证
Keywords
rarefied gas dynamics
hypersonic aerodynamics
nonlinear coupled constitutive relations
hybrid iterative algorithm
multi-physical field modeling
numerical simulation and verification
分类号
O356 [理学—流体力学]
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职称材料
题名
基于非线性耦合本构关系模型的尖化前缘气动加热影响研究
2
作者
杨俊沅
李旭东
曾舒华
赵文文
张赋
陈伟芳
机构
浙江大学航空航天学院
北京航天长征飞行器研究所
出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第10期2321-2330,共10页
基金
国家自然科学基金(92271114,92271204,U20B2007和12002306)
中央高校基本科研业务费(226-2022-00172)资助项目.
文摘
结合数值模拟与风洞试验技术,在高超声速连续/稀薄滑移流条件下对尖化前缘这一典型构型的气动加热影响开展深入研究.在三维有限体积框架下,应用非线性耦合本构关系(nonlinear coupled constitutive relations,NCCR)模型对试验工况下的尖化前缘外形开展数值计算,检验NCCR模型在尖化前缘构型中准确描述局部稀薄非平衡流动和物面气动热的性能.数值结果与实验数据对比表明,在等效高度33 km的风洞试验条件下,NCCR模型计算得到的驻点热流系数峰值同实验值偏差为1.81%,Fay-Riddell公式和纳维−斯托克斯(Navier-Stokes,NS)方程得到的驻点热流系数峰值同实验值偏差均在5%以内,物面其他位置的壁面热流系数计算值与实验值偏差均在10%以内,证明此时飞行器尖化前缘区域局部稀薄气体效应对气动加热影响程度较弱;在等效高度60 km时,飞行器尖化前缘区域附近的局部稀薄气体效应对气动加热的影响较为明显,NS方程计算的驻点热流系数偏差为33.31%,Fay-Riddell公式计算驻点热流系数同实验值偏差为29.5%,NCCR模型计算的驻点热流系数与实验值的偏差为11.77%.体现出NCCR模型求解稀薄非平衡流动的优势.
关键词
高超声速流动
风洞试验
非线性耦合本构关系
尖化前缘
气动加热
Keywords
hypersonic flow
wind tunnel test
nonlinear coupled constitutive relations
sharpened leading edge
aerodynamic heating
分类号
V211.3 [航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
稀薄气体流动非线性耦合本构关系研究进展
袁震宇
陈伟芳
江中正
赵文文
《气体物理》
2022
1
在线阅读
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职称材料
2
基于非线性耦合本构关系模型的尖化前缘气动加热影响研究
杨俊沅
李旭东
曾舒华
赵文文
张赋
陈伟芳
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
0
在线阅读
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职称材料
已选择
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