DES方法对返回舱气动热环境数值模拟

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1、2013年5月第39卷第5期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMav2013V01．39No．5DES方法对返回舱气动热环境数值模拟刘佳阎超赵瑞(北京航空航天大学国家计算流体力学实验室，北京100191)蒋海军(北京临近空间飞行器系统工程研究所空间物理重点实验室，北京100076)摘要：脱体涡模拟方法(DES，DetachedEddySimulation)由于结合了湍流模型(RNAS，ReynoldsAverag

2、edNavier—stokes)和大涡模拟(LES，LargeEddySimulation)两者各自优势，是模拟非定常大分离流动的有效方法．采用基于SA(Spalart．Allmaras)湍流模型的DES方法，对高超声速返回舱外形进行数值模拟，计算所得的返回舱表面压力及热流分布与实验结果吻合，证实了DES方法的优越性。最后，在DES方法中加入可压缩修正，结果证实在高超声速流动中，可压缩修正方法在一定程度上能够提高原始模型的预测性能．关键词：脱体涡模拟方法；可压缩修正；湍流模型；气动热；返回舱中图分类号：V

3、211．3文献标识码：A文章编号：1001．5965(2013)05．0590-05Simulationofre-entrycapsulethermodynamicsenvironmentbyDESmethodLiuJlaYanChaoZhaoRUi(NationalKeyLabofComputationalFluidDynamics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)JiangHaijun(Sciencea

4、ndTechnologyonSpacePhysicsLaboratory，BeijingInstituteNearspaceVehicle’SSystemEngineering，Beijing100076，China)Abstract：Detachededdysimulation(DES)isaneffectivenumericalsimulationmethodforunsteadyseparatedflowsinceitcombinestheadvantagesofbothReynoldsaverag

5、edNavier-Stokes(RANS)andlargeeddysimulation(LES)methods．Spalart—Allmaras(SA)basedDESmethodisusedforthere—entrycaseunderhypersoniccondition．Comparisonofthepressureandheatfluxdistributionsshowsthatthenumericalresultsa—greewellwiththeexperimentdataandthusval

6、idatetheadvantagesoftheDESmethod．Compressibilitycor-rectionswereaddedintheoriginalSAturbulentmodel．Inthehypersonicflowcharacterization，theintroduc—tionofcompressibilitycorrectionscanbettertheoriginalturbulentmethod’Ssimulationcapability．Keywords：detachede

7、ddysimulation(DES)；compressibilitycorrection；turbulentmodel；heatflux；re-entry返回舱再人时最大单位动能31．28MJ／kg，其中会有大部分能量转化为热能，如此巨大的能量会烧坏返回舱材料，因此气动热预测是载人飞船返回舱研制的关键问题之一⋯．目前国内对返回舱气动热的研究主要集中在防热材料设计上，而防热材料设计所依据的热流参考值，基本上都是基于风洞实验或是工程算法阻3

8、．虽然风洞实验可以得到返回舱再入条件时的热流值，但风洞实验存在周期长

9、，耗费大，实验参数受限等缺点，而工程算法亦有很多缺点．介收稿日期：2012-05-07；网络出版时间：2012-11—2611：39网络出版地址：WWW．enki．net／kcms／detail／11．2625．V．20121126．1139．003．html基金项目：国家973计划资助项目(2009CB724104)作者简介：刘佳(1987一)，男，辽宁沈阳人，硕士生，jliu@ase．buaa．edu．cn．第5期刘佳等：