高超声速气动热数值模拟研究

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1、代号10701学号1107122487分类号O43密级公开题（中、英文）目高超声速气动热数值模拟研究NumericalSimulationResearchonHypersonicAerothermal作者姓名凌应杰指导教师姓名、职务韩一平教授学科门类理学学科、专业光学提交硕士论文日期二○一四年三月万方数据万方数据西安电子科技大学硕士研究生学位论文高超声速气动热数值模拟研究作者：凌应杰导师：韩一平教授学科：光学二零一四年三月西安电子科技大学中国·西安万方数据万方数据NumericalSimulati

2、onResearchonHypersonicAerothermalADissertationSubmittedtoXidianUniversityinCandidacyfortheDegreeofMasterofScienceinOpticsbyLingYingjieXidianUniversityXi’an,ChinaMarch2014万方数据万方数据西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研

3、究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期:西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校

4、有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。本人签名：日期:导师签名：日期:万方数据万方数据摘要I摘要近年来，高超声速气动热特性是飞行器方面研究的重要问题，准确预测高速飞行器周围的流场热环境已经成为越来越备受关注的研究课题，本文运用计算流体力学方法对高超声速气动热问题进行数值计算研究。采用量热完全气体模型编写二维和三维计算程序，研究了

5、量热完全气体的气动热特性，采用混合气体模型并以流体软件为基础，模拟了混合气体的气动热特性。论文的主要工作包括以下三方面：(1)根据高超声速量热完全气体气动加热流场的特点建立直角坐标系下的二维控制方程，并对控制方程无量纲化处理后转化到一般曲线坐标系下得到无量纲化控制方程；然后用中心差分格式对粘性项进行离散、VanLeer(FVS，即通量矢量分裂)格式对无粘项进行离散、用显式差分格式对时间项进行离散；最后应用二维程序计算并分析了二维圆柱绕流的气动热特性，验证了计算结果的可靠性。(2)根据高超声速量热完

6、全气体气动加热流场特性建立无量纲化三维控制方程，并对控制方程的时间项和空间项进行离散，对时间项运用局部时间步长法和LU-SGS(LowerUpperSymmetricGaussSeidel)法进行离散，对空间项的离散包括无粘项离散和粘性项离散；然后简单介绍了网格生成方法的步骤和方法；最后应用三维程序计算并分析了三维圆柱和双椭球模型的气动热特性，验证了计算结果的可靠性。(3)以Fastran软件为基础，利用有限速率双温度化学反应模型，分别对RAM-C和三维球头模型进行了化学非平衡流场数值模拟，分析研

7、究两种模型的气动热特性，并对比了量热和非平衡两种条件下三维球头模型流场的分布特性，得出了气动热分布的一般规律。关键词：气动热高超声速量热完全气体N-S方程数值模拟万方数据万方数据AbatractIIIAbstractInrecentyears,ashypersonicaerodynamicheatingcharacteristicsisanimportantprobleminaircraftresearch,predictingthermalenvironmentofhypersonicaircr

8、aftsaccuratelyhasbecomemoreandmoreattentionofresearchtopic.Inthispaper,hypersonicaerodynamicheatingproblemisnumericallystudiedbyusingthecomputationalfluiddynamicsmethod.Applyingthecaloricallyperfectgasmodel,thetwo-dimensionalandthree-dimension