零攻角高超声速粗糙元钝锥边界层绕流研究

摘要

粗糙元以及粗糙元对飞行器气动特性具有显著影响，本文采用直接数值模拟方法对零攻角条件下高超声速粗糙元钝锥边界层绕流问题进行了研究，钝锥模型的头部半径Rn=1mm，半锥角为6°，来流马赫数为6。通过研究表明: 在钝锥头部存在激波，导致钝锥绕流周围的热力学参数发生明显的变化。当壁面存在凸起或者凹陷粗糙元时，壁面流动受到粗糙元的影响较大，同时产生激波和膨胀波，不同类型的粗糙元使产生的激波和膨胀波顺序和位置发生改变。 当改变壁面温度边界条件时，可以发现等温壁面和绝热壁面两种边界条件下流场流动参数的变化基本一致。不同的是两种条件下在粗糙元位置处对壁面参数有很大的影响，等温壁面条件下比绝热壁面条件的壁面密度大很多，最大值相差10倍之多。等温壁面边界条件会使边界层厚度增大，特别是在钝锥头部、粗糙元位置处和钝锥尾部增加的更明显，边界层厚度平均增加约0.1mm。 当改变飞行高度的时候，研究对整个流场、不同截面压强、壁面参数和边界层厚度的影响。研究表明:当改变飞行高度时，粗糙元位置处的飞行高度越高产生的激波越明显，并且对膨胀波有抑制的作用。飞行高度从20km增加到28km，边界层厚度增加幅度越来越大，在钝锥头部和尾部增大的幅度达到最大，其中边界层厚度增加的最大值达到0.17mm。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2．1粗糙元概述

1．2．2对粗糙元研究的发展趋势

1．3．1贴体网格技术概述

1．3．2贴体网格技术研究进展

1．4．1激波研究概述

1．4．2激波数值计算方法

1．4．3 WENO格式简介

1．5本文主要研究内容

1．5．1研究对象

1．5．2研究内容

第2章数值模拟方法

2．1．1来流参数

2．1．2模型确定

2．2网格生成

2．2．1代数法生成初始网格

2．2．2粗糙元网格生成

2．2．3 Laplace网格生成法生成网格

2．3控制方程

2．3．1质量守恒方程

2．3．2动量守恒方程

2．3．3能量守恒方程

2．3．4控制方程的无量纲化处理

2．4边界条件与初始条件

2．4．1边界条件

2．4．2初始条件

2．5程序验证

2．6本章小结

第3章壁面粗糙元对钝锥绕流的影响

3．1零攻角上下流场数据收敛及一致性论证

3．2有无粗糙元对流场的影响

3．3粗糙元对壁面流动的影响

3．4粗糙元位置处截面参数变化

3．5本章小结

第4章壁温边界条件对粗糙元钝锥绕流的影响

4．1改变壁面温度条件对流场的影响

4．2不同截面处参数变化情况

4．3壁面温度条件对钝锥壁面参数和边界层的影响

4．3．1对壁面参数的影响

4．3．2对边界层的影响

4．4不同等温壁面温度对流场参数的影响

4．5本章小结

第5章飞行高度对粗糙元钝锥绕流的影响

5．1初始条件参数的设定

5．2飞行高度对流场的影响

5．3飞行高度对截面处压强的影响

5．4飞行高度对钝锥壁面参数和边界层的影响

5．4．1对壁面参数的影响

5．4．2对边界层的影响

5．5本章小结

结论与展望

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