為了提高氣動(dòng)加熱與熱防護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱多物理場(chǎng)數(shù)值模擬的穩(wěn)態(tài)計(jì)算效率與計(jì)算精度,發(fā)展了一種基于有限體積法的氣動(dòng)加熱與結(jié)構(gòu)傳熱一體化數(shù)值計(jì)算方法。該方法將高速流場(chǎng)與結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)統(tǒng)一到同一物理場(chǎng),基于統(tǒng)一的控制方程組,采用基于LU-SGS隱式時(shí)間迭代和自適應(yīng)時(shí)間步長(zhǎng)的有限體積方法進(jìn)行求解,避開(kāi)了傳統(tǒng)氣動(dòng)加熱與結(jié)構(gòu)傳熱耦合求解方法在時(shí)間域內(nèi)的所需繁瑣數(shù)據(jù)交替迭代策略。對(duì)二維/三維鈍體進(jìn)行一體化數(shù)值計(jì)算分析,計(jì)算結(jié)果表明:二維鈍體非穩(wěn)態(tài)下,得到2s時(shí)圓管駐點(diǎn)溫度最高達(dá)到390.2K,駐點(diǎn)熱流密度和結(jié)構(gòu)溫度與參考文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)值吻合較好,證明了方法的可靠性和可行性。同時(shí)分析了三維鈍體應(yīng)用算例的流-固-熱穩(wěn)態(tài)計(jì)算特征,計(jì)算得到穩(wěn)態(tài)時(shí)鈍頭體結(jié)構(gòu)外壁表面最高溫度達(dá)到535.6K,表明一體化計(jì)算方法可用于長(zhǎng)航時(shí)飛行條件下的氣動(dòng)加熱-結(jié)構(gòu)傳熱多物理場(chǎng)耦合計(jì)算分析,為高速飛行器熱防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選材提供一定的理論與技術(shù)支持。 

【文章來(lái)源】：推進(jìn)技術(shù). 2019,40(01)北大核心

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【部分圖文】：

給出了圓管表面壓強(qiáng)分布（歸一

第40卷第1期鈍體外形氣動(dòng)加熱與結(jié)構(gòu)傳熱一體化數(shù)值模擬41Fig.13ComputationalmodelandmeshesTable5ComparisonoftheheatfluxonstagnationpointItemqs/(kW/m2)Present22.55Exp.［6］215.8Error/%4.5圖14為初始時(shí)刻鈍頭體各截面歸一化熱流密度分布與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比，可以看出在各截面處本文的熱流計(jì)算分布結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值［30］吻合較好，驗(yàn)證了氣動(dòng)加熱與結(jié)構(gòu)傳熱一體化計(jì)算方法的正確性，其中，0°，180°，90°的曲線分別位于鈍頭體上表面、下表面與側(cè)面。同時(shí)從圖中可以看出，迎風(fēng)面的熱流值遠(yuǎn)大于背風(fēng)面的熱流值。另外，上表面的曲線隨著x坐標(biāo)的增大而下降，而下表面的曲線則是先上升后下降，原因是來(lái)流攻角較大，駐點(diǎn)并不位于頭點(diǎn)，而是位于鈍頭體頂部偏下的位置。Fig.14Comparisonsbetweenpredictedandexperimentalheatfluxdistribution圖15分別給出了穩(wěn)態(tài)時(shí)流場(chǎng)溫度與鈍頭體結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度分布云圖。從溫度分布云圖可以看出，同樣由于攻角的存在，流場(chǎng)駐點(diǎn)高溫區(qū)并不是位于頭點(diǎn)（x坐標(biāo)最小的點(diǎn)）處，而是位于頭點(diǎn)偏下位置，且與鈍頭體結(jié)構(gòu)內(nèi)高溫區(qū)位置一致，這與圖14中初始時(shí)刻表面熱流分布規(guī)律相同。Fig.15Steadycomputedresultsofbluntbody圖16所示為對(duì)稱面內(nèi)流場(chǎng)與鈍頭體結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)溫度分布云圖，可以看出流場(chǎng)溫度明顯高于結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)溫度，流場(chǎng)最高溫度達(dá)到1109.4K。對(duì)比鈍頭體結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)上下部分，可以發(fā)現(xiàn)迎風(fēng)面區(qū)域結(jié)構(gòu)溫度整體高于背風(fēng)面區(qū)域。圖17為對(duì)稱面內(nèi)鈍頭體結(jié)構(gòu)內(nèi)外壁面溫度分布曲線（內(nèi)壁面取近壁面參數(shù)），x坐標(biāo)為模型對(duì)稱軸（頂點(diǎn)為原點(diǎn)）。從曲線可以看出對(duì)稱面內(nèi)結(jié)構(gòu)內(nèi)最高溫度并不位于原點(diǎn)位置，這與流場(chǎng)內(nèi)駐點(diǎn)

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3036391