真实气体效应对高超声速钝楔流场的影响

摘要

近年来，随着高超声速飞行器的研究与发展，人们对高超声速空气动力学的研究也越来越深入。其中，真实气体效应是研究高超声速飞行时不可忽略的一项重点问题。 本文通过直接数值模拟计算的方法研究了真实气体效应对高超声速钝楔流场的影响。本文将采用量热完全气体模型、变比热模型（等效比热比法和直接通量分裂法）与化学平衡气体模型分别对高超声速钝楔流场进行直接数值模拟计算，并将考虑了真实气体效应的计算模型所计算出的流场数据与量热完全气体模型计算出的流场数据进行对比分析，得出真实气体效应对高超声速钝楔流场的具体影响结果。 结果表明，变比热模型与化学平衡气体模型反映出的真实气体效应影响趋势相同，均使钝楔头部激波内高温区的流速与温度降低，使波内密度升高，使激波层内厚度减小，且均对波内压强影响较小。此外，真实气体效应在更高马赫数下的化学平衡气体模型中所反映出的影响效果更为显著。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景

1．1．1真实气体效应研究的发展史

1．1．2真实气体效应对流场的影响

1．1．3高温空气动力学计算方法

1．2研究现状

1．2．1钝楔流场的研究现状

1．2．2相关计算方法的研究现状

1．2．3真实气体效应对流场影响的研究现状

1．2．4研究现状总结

1．3论文主要内容

第2章控制方程与数值方法

2．1控制方程

2．1．1控制方程可行性论证

2．1．2直角坐标系

2．1．3柱坐标系

2．1．4坐标变换

2．1．5方程的无量纲化

2．2控制方程的离散

2．2．1热力学计算模型

2．2．2变比热模型下的通量分裂

2．2．3曲线坐标下的通量分裂

2．2．4化学平衡气体计算模型

2．2．5空间差分格式

2．2．6时间差分格式

2．3模型确定与网格生成

2．3．1模型确定

2．3．2网格生成

2．4计算模型、来流参数与边界条件的选取

2．4．1计算模型的选取

2．4．2来流参数的选取

2．4．3边界条件的选取

2．5网格无关性检验

2．6本章小结

第3章变比热模型下真实气体效应对高超声速钝楔流场的影响

3．1程序验证

3．1．1量热完全气体模型的程序验证

3．1．2变比热模型的程序验证

3．2等效比热比法流场数据对比

3．2．1等效比热比法下真实气体效应对流速的影响

3．2．2等效比热比法下真实气体效应对密度的影响

3．2．3等效比热比法下真实气体效应对温度的影响

3．2．4等效比热比法下真实气体效应对压强的影响

3．3直接通量分裂法流场数据对比

3．3．1直接通量分裂法下真实气体效应对流速的影响

3．3．2直接通量分裂法下真实气体效应对密度的影响

3．3．3直接通量分裂法下真实气体效应对温度的影响

3．3．4直接通量分裂法下真实气体效应对压强的影响

3．4变比热模型下两种计算方法的对比

3．5本章小结

第4章化学平衡气体模型下真实气体效应对高超声速钝楔流场的影响

4．1化学平衡气体模型的程序验证

4．2化学平衡气体模型数据对比

4．2．1化学平衡气体模型下真实气体效应对流速的影响

4．2．2化学平衡气体模型下真实气体效应对密度的影响

4．2．3化学平衡气体模型下真实气体效应对温度的影响

4．2．4化学平衡气体模型下真实气体效应对压强的影响

4．3真实气体效应在不同计算模型下影响趋势的对比

4．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢