高温非平衡效应下的激波干扰与激波反射

《高温非平衡效应下的激波干扰与激波反射》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、UniversityofScienceandTechnologyofChina博士学位论文高温非平衡故应下的激次干扰论文题目与激次反射作者姓名浼体力学学科专业岁喜艰敉援朱苟走到教投导师姓名一五年五月完成时间?S斜蠓我太大逢博士学位论文高温非平衡效应下的激波干扰乌滋波作者姓名李学科专业流体力学导师姓名罗喜胜教授朱雨建副教授完成时间：二〇一五年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor'sdegreeOnshockinter

2、actionsandreflectionswithhightemperaturenon-equilibriumeffectsAuthorJiLi:SpecFluidMechanicsiality:Supervisor:Prof.XishengLuoA.P.YujianZhuFinishedTime:May,2015中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行研宄工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研宄成果。与我一同工

3、作的同志对本研宂所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：々中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，卩：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。开口保密年签

4、字日期：签字日期：摘要摘要高超声速飞行器再入大气层时，气流穿过其周围的激波产生极高的温度，从而引发气体多模式内能激发、离解电离等物理化学现象。在高空低密度下，物理化学过程常处于非平衡弛豫状态，分子多内能模式之间发生能量转换，气体组分也因化学反应不断改变，致使高温区域流场和气流特性不均匀，这些现象称之为高温热化学非平衡效应。非平衡效应改变气体和流场特性、激波位置和形状、边界层分离区大小，对飞行器的气动力热特性有着很大的影响。激波激波干扰和激波反射是高超声速飞行器内外流研宄比较常见的两个基本物理问题，但现有

5、的大量研宄主要基于完全气体模型，而对于考虑高温非平衡效应的研宄较少。本文将围绕激波激波干扰和激波反射问题展开研宄，着重考察高温非平衡效应对激波干扰类型转换和激波反射迟滞现象的影响。本文首先介绍了描述热化学非平衡效应的各种物理模型，其中热力学模型包括多种内能模式以及各种状态物理量的表征，不同内能模式之间能量转换弛豫方程，混合气体的输运特性；化学动力学模型包括化学反应速率系数，离解振动耦合模型以及组分质量生成率。将热化学非平衡模型与流动方程耦合形成考虑非平衡效应的控制方程，并发展相应的数值方法。利用发展的计

6、算程序，对不同构型的几何体绕流进行数值模拟。几何构型包括了圆柱、圆球以及压缩拐角，来流包含不同的来流组分、不同范围的高马赫数。计算考虑了无粘、粘性等温以及粘性绝热条件，计算结果包括了脱体激波距离、滞止线物理量分布、壁面压力、壁面热流、壁面摩擦力、边界层厚度以及边界层分离区。与已有的实验以及文献数据进行对比发现，数值程序能够较好地捕捉激波形状，并能有效地模拟非平衡弛豫过程，对粘性相关的流场物理量也能得到较为可靠的结果。其次建立激波干扰和激波反射的理论分析工具。将气流通过激波分为冻结过程和非平衡弛豫过程，考

7、察一维正激波之后的弛豫过程，引入一个物理量一非平衡弛豫距离，建立正激波后物理量函数关系式，并将其扩展到斜激波。将膨胀扇分割为一系列的无穷小等熵准定常膨胀过程，通过数值积分建立膨胀波前后物理量函数关系式。参照量热完全气体模型下的激波极线，将建立的激波膨胀波函数关系式形成非平衡流动激波极线图，并给出表征非平衡弛豫效应的物理量的取值基本原则。然后利用已经发展的数值程序和理论分析工具，对高超声速双楔绕流激波干扰类型和及其相互转换条件双楔的第二倾斜角进行研究。考察每个激波后的气体到达平衡态所需的平衡弛豫长度，给出

8、每个激波后的区域合适的非平衡弛豫距离，并利用非平衡流动激波极线方法，理论分析给出不同马赫数下激波干扰类型和的临界转换角。将理论得到的结果作为数值计算初始角度选取参考，模拟类型到的完整转换过程，得到完整转换过程摘要的临界转换角区间。将数值与理论相对比，重点对比了时的流场压力值、波系结构以及波系转换临界条件。对比发现，利用非平衡流动激波极线方法得到的临界条件和局部压力值与计算结果比较吻合，并且非平衡激波极线能够预测在固定几何条件下的波系结构。由