HLLE﹢格式在高超声速热化学非平衡流场中的应用

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1、＼第43巷第2期2011年4月南京航JournalofNanjing空航University天大学ofAeronautics学报8LAstronauticsV01．43No．2Apr．2011HLLE+格式在高超声速热化学非平衡流场中的应用张向洪伍贻兆王江峰(南京航空航天大学航空宇航学院，南京，210016)摘要：对HLLE+格式进行了讨论，并将其应用于高超声速热化学非平衡反应流场的数值模拟。本文控制方程为带化学反应源项的多组元轴对称Navier—Stokes方程，为了保证数值模拟的精确度，空间分裂采用基于结构网格的有限体积迎风格式HLLE+方法，时间推进为隐式的LU—SGS方法。化学反

2、应模型采用经典的Dunn—Kang反应模型，并且采用Park的双温模型模拟流场的热力学非平衡效应。对高超声速条件下的RAM—CII模型进行了数值模拟，得到了与实验以及文献相符合的结果，验证了对HLLE+格式扩展的正确性。关键词：HLLE+格式；热化学非平衡；高超声速；双温模型中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1005—2615(2011)02—0154—05NumericalSimulationofThermo-chemicalNon-equilibriumHypersonicFlowsUsingHLLE+SchemeZhangXianghong，WuYizhao，Wang

3、Jiangfeng(CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：HI。I。E_1一schemeisappliedtonumericalsimulationofhypersonicthermo—chemicalnon-equilib—riumreactingflow．Thecontrolequationsareaxial—asymmetricmulti—componentNavier—Stokesequa—tionsandthe

4、spatialdistributionisdiscretizedusingHI。I，E+upwindschemeonstructuremeshes，withtheimplicitLU—SGStimeadvancingscheme．ThechemicalkineticmodelistheDunn—Kang7Sreactionmodelandthebi—temperatureParkmodelisemployedforsimulatingthevibrationnon—equilibrium．ThecomputationalmodelisRAM—CIIconfigurationwithhyp

5、ersonicnon—equilibriumreactingflow，andthenumericalresultsareinagreementwiththatofthereferences．Keywords：HLI。E+scheme；thermo—chemicalnon—equilibrium；hypersonic；bi-temperaturemodel随着高超声速技术研究的进一步深入，真实气体效应对高超声速流场的影响将不可忽视。在高超声速流场中，由于粘性以及激波压缩的作用，在高超声速飞行器物面与激波之间，大量的动能转化为热能，形成高温区域，使得其绕流呈现出热化学非平衡的性质，出现诸如振

6、动激发以及分子离解与电离等现象。与完全气体模型的计算结果相比，由于振动激发以及化学反应消耗大量的内能，流场的温度将明显下降，并且热力学系数与输运系数不再是常数。如何准确、高效地计算高超声速热化学非平衡问题，已经成为高超声速技术发展中的重要问题之一。国内外在这方面做了大量的研究，取得了显著的成果[1。2]。在数值模拟技术方面，已有多种迎风格式被应用到热化学非平衡流场的求解中[3-41，在这些格式中有的精度较高但稳定性差，如ROE格式；有的稳定性好，但是数值耗散大，如VanLeer格式、AUFS格式等，因此，有必要发展具有较好稳定性与较高精度的数值求解方法。Soo等人在HI。I。E格式的基础

7、上提出了HLI。E+格式[5]，通过数值验证表明，HI。I。E+格式兼具ROE格式的数值精度与HI。LE格式的稳定性，本文将HI。I。E+收稿日期：2010—05—06；修订日期：2010—10—26通讯作者：王江峰，男，教授，博士生导师，1970年2月生，E—mail：wangjf@nuaa．edu．cn。第2期、张向洪，等：HLLE+格式在高超声速热化学非平衡流场中的应用155格式应用于多组分热化学非平衡流场的数值模拟中，模拟了