基于DSMC和NS的稀薄高超声速平板流场分析

摘要

近连续流区的连续假设失效准则和特征研究,对跨流域流动结构和表面系数的精确模拟十分重要,同时也对临近空间飞行器设计具有重要意义.在不同来流努森数(Kn)条件下,采用直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法和连续N-S方法对高超声速平板边界层进行数值模拟研究.针对不同流动结构,提出了适用的连续假设失效判断准则.研究表明,采用全局Kn数判断平板流动结构和边界层厚度的连续假设失效是适用的,并且其失效大小为Kn≥0.01.然而,壁面压力系数的连续假设失效准则数为局部Knp数,当其大于等于0.1时,N-S方法不再能准确捕获局部壁面压力.此外还发现在平板前缘存在一个随全局Kn数增大而增大的局部稀薄区域,在该区域内的局部Kn数高达0.3 ～2.0,此时再采用N-S方法是不合适的.