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相似文献
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1.
在非结构混合网格上对化学非平衡粘性绕流进行了数值模拟。控制方程为考虑了化学非平衡效应的二维Navier-Stokes方程,化学动力学模型为7组元、7反应模型。控制方程中的对流项采用VanLeer逆风分裂格式处理,并应用MUSCL方法及Minmod限制器扩展到二阶精度,粘性项用中心差分格式处理。时间推进采用显式5步龙格-库塔方法。为了适应高超声速流场计算,对VanLeer通量分裂方法进行了改进,并引入了化学反应时间步长。对RAMC-II模型的飞行试验流场进行了数值模拟,计算结果与试验测量数据符合较好,并与参考文献中的数值模拟结果吻合。  相似文献   

2.
复杂外形再入飞行器的设计,需对气动力热环境进行预测,由于不同的气体模型会对预测的结果产生影响,所以气动设计时就必须考虑这一影响.采用热化学平衡气体模型和双温度热化学非平衡气体模型对复杂外形再入飞行器的气动力热环境进行了数值计算;分析了气体模型对气动力、壁面热流等值线、驻点线平动温度、振动温度、组分质量分数等特征量的影响...  相似文献   

3.
热化学非平衡辐射流场数值研究   总被引:4,自引:1,他引:3  
黄华  曾明  瞿章华 《力学学报》2000,32(5):541-546
从耦合辐射的轴对称热化学非平衡N-方程出发,采用双温度、11组元反应气体模型,耦合“线-线”精细辐射模型,利用隐式NND有限差分格式和时间预处理技术数值求解了FIREII飞船热化学非平衡辐射流场,得到了有关辐射和辐射光谱计算结果,并与有关文献的实验结果和计算结果进行了比较。  相似文献   

4.
针对三维热化学非平衡辐射流场设计了基于非结构网格的数值计算方法. 根据原子分子光谱理论逐条计算了100$\sim$1\,500\,nm间N, O, N$^{ + }$, O$^{ + }$的谱线以及N计算流体力学; 辐射; 热化学非平衡; 非结构网格; 有限体积法针对三维热化学非平衡辐射流场设计了基于非结构网格的数值计算方法.根据原子分子光谱理论逐条计算了100~1 500nm间N,O,N+,O+的谱线以及N2,O2,NO,N+2等分子的10个谱带,特别分析了NO的β'带,γ'带,δ带和ε带的辐射特性.采用耦合辐射的双温模型计算热化学非平衡流场,辐射源项通过直接求解辐射输运方程RTE(radiative transport equation)获得.在空间和方向上分别离散后,利用有限体积法求解不同方向上的辐射输运方程.计算得出了再入飞行器前驻点的辐射强度分布.采用该数值方法计算了MUSES-C模型在速度为11.6km/s时的绕流流场及前驻点处的辐射热流密度.并通过对比分析了热辐射对流场的影响.  相似文献   

5.
丛彬彬  万田 《力学学报》2019,51(4):1012-1021
激波与边界层之间相互作用是高超声速飞行中的常见现象,对飞行器气动性能与飞行安全至关重要.对于高焓来流,流场中通常存在复杂的物理化学现象,此时准确模拟流场中激波边界层相互作用的难度大,相关物理化学建模仍有待进一步考察和研究.本文针对最近文献中纯净空气高超声速双锥绕流实验开展数值研究,分别研究了不同热化学模型与输运模型对壁面压力与热流的影响.热力学模型包括完全气体、热力学平衡和非平衡模型,化学模型包括冻结和非平衡化学模型,输运模型包括经典的Wilke/Blottner/Eucken模型与更加复杂的Gupta/SCEBD模型,以及考虑壁面催化/非催化影响的模型.计算了6个不同算例,涵盖了低焓至高焓来流等不同工况.壁面压力与热流的数值计算结果与实验结果符合较好;对于低焓来流,计算结果主要受到分子内能分布的影响,输运模型对计算结果的影响不大;对于高焓来流,一方面计算结果受到化学反应与壁面催化的影响较大,另一方面不同输运模型对计算结果的影响也更加明显.   相似文献   

6.
高超声速非定常流动的数值模拟与气动热计算   总被引:2,自引:0,他引:2  
高超声速飞行器研究中的一个重点问题是飞行器表面的气动加热,它对飞行器的气动、热特性及安全性有重要的影响.受到当前实验技术的限制,地面实验无法准确模拟真实飞行条件,所以采用数值模拟研究气动加热问题成为目前重要的研究手段.本文采用数值方法求解三维N-S方程,得到钝头体再入模型绕流的瞬态流场,驻点温度及表面热流沿轨道变化规律.计算中采用变边界条件模拟沿轨道飞行的非定常性.  相似文献   

7.
高超声速三维热化学非平衡流场的数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1  
柳军  刘伟  曾明  乐嘉陵 《力学学报》2003,35(6):730-734
对三维高超声速热化学非平衡流场进行数值模拟,采用双温度热化学非平衡、11组元空气模型,考虑振动-离解耦合.差分格式采用沈清博士提出的“迎风型NND”格式,用熵修正方法消除了高超声速流数值模拟中的“carbuncle现象”.与LU-SGS方法结合,提高了单步计算效率和收敛性.数值模拟结果与文献结果进行了对比,并在弹道靶中进行了钢质圆球的弓形激波位置实验验证.计算结果与文献、实验的对比说明,三维热化学非平衡流计算程序可以精确地捕捉到强弓形激波,得到合理的空气动力系数.  相似文献   

8.
激波与边界层之间相互作用是高超声速飞行中的常见现象,对飞行器气动性能与飞行安全至关重要.对于高焓来流,流场中通常存在复杂的物理化学现象,此时准确模拟流场中激波边界层相互作用的难度大,相关物理化学建模仍有待进一步考察和研究.本文针对最近文献中纯净空气高超声速双锥绕流实验开展数值研究,分别研究了不同热化学模型与输运模型对壁面压力与热流的影响.热力学模型包括完全气体、热力学平衡和非平衡模型,化学模型包括冻结和非平衡化学模型,输运模型包括经典的Wilke/Blottner/Eucken模型与更加复杂的Gupta/SCEBD模型,以及考虑壁面催化/非催化影响的模型.计算了6个不同算例,涵盖了低焓至高焓来流等不同工况.壁面压力与热流的数值计算结果与实验结果符合较好;对于低焓来流,计算结果主要受到分子内能分布的影响,输运模型对计算结果的影响不大;对于高焓来流,一方面计算结果受到化学反应与壁面催化的影响较大,另一方面不同输运模型对计算结果的影响也更加明显.  相似文献   

9.
燃烧室两相流场亚网格燃烧模型的研究   总被引:2,自引:0,他引:2  
在三维任意曲线坐标系下采用不同的亚网格燃烧模型对环形燃烧室火焰筒气液两相湍流瞬态反应流进行大涡模拟.计算中所采用的数学度模型有:k方程亚网格尺度模型估算亚网格湍流黏性;热通量辐射模型估算辐射换热,分别采用亚网格EBU燃烧模型(E-A model)、亚网格二阶矩输运方程模型(SOM)和亚网格二阶矩代数模型(SOM-A)估算化学反应速率.并在非交错网格系统下气相采用SIMPLE算法和混合差分格式求解,液相采用Lagrange处理,并用PSIC算法对其进行求解.通过实验结果和计算结果的比较,表明在三维任意曲线坐标系下对燃烧室火焰简两相湍流油雾燃烧流场进行大涡模拟,3种不同的亚网格燃烧模型都能真实反映两相湍流化学反应流流动及实际燃烧过程,而采用亚网格二阶矩输运方程模型稍优于其他两种亚网格燃烧模型.  相似文献   

10.
含化学反应膛口流场的无网格数值模拟   总被引:2,自引:0,他引:2  
吴伟  许厚谦  王亮  薛锐 《爆炸与冲击》2015,35(5):625-632
基于无网格方法,对包含大位移运动边界和非平衡化学反应的膛口流场进行了数值模拟。所发展算法是基于线性基函数最小二乘显式无网格方法,忽略黏性及湍流的影响,对流场采用ALE(arbitrary Lagrangian-Eulerian)形式的Euler方程描述,对流通量和化学反应源项采用多组分HLLC(Harten-Lax-van Leer-Contact)格式和有限速率反应模型计算,对于运动边界造成的点云畸形采用局部点云重构方法处理,重构过程中采用虚拟边阵面推进。对圆柱绕流和激波诱导燃烧流场进行了数值模拟,验证了重构方法和化学反应计算的有效性。最后对12.7 mm口径机枪膛口流场进行了模拟,结果同实验照片、非结构网格方法结果吻合较好,数值结果清晰地再现了膛口初始冲击波、膛口冲击波、欠膨胀射流波系结构的动力学发展过程,以及膛口焰的时间、空间分布特征。  相似文献   

11.
12.
An upwind MUSCL-type implicit scheme for the three-dimensional Navier-Stokes equations is presented and details on the implementation for three-dimensional flows of a ‘diagonal’ upwind implicit operator are developed. Turbulence models for separated flows are also described with an emphasis on the numerical specificities of the Johnson-King non-equilibrium model. Good predictions of separated two- and three-dimensional flows are demonstrated.  相似文献   

13.
SUMMARY

The influence of the choice of transport and chemical models on the numerical simulation of hypersonic flows in chemical non-equilibrium is investigated. A coupled Euler/boundary layer method is employed, which facilitates the incorporation of different models and simplifies the calculation of the resulting flowfields. By considering hypersonic flows with different freestream conditions, it is shown that for flows dominated by chemical reactions, the computed flowfields can be sensitive to the choice of model. This sensitivity must be taken into account when defining test cases for the validation of numerical simulations of hypersonic re-entry flows.  相似文献   

14.
The fully elliptic Reynolds-averaged Navier–Stokes equations have been used together with Lam and Bremhorst's low-Reynolds-number model, Chen and Patel's two-layer model and a two-point wall function method incorporated into the standard k-? model to predict channel flows and a backward-facig step flow. These flows enable the evaluation of the performance of different near-wall treatments in flows involving streamwise and normal pressure gradients, flows with separation and flows with non-equilibrium turbulence characteristics. Direct numerical simulation (DNS) of a channel flow with Re =3200 further provides the detailed budgets of each modelling term of the k and ?-transport equations. Comparison of model results with DNS data to evaluate the performance of each modelling term is also made in the present study. It is concluded that the low-Reynolds-number model has wider applicability and performs better than the two-layer model and wall function approaches. Comparison with DNS data further shows that large discrepancies exist between the DNS budgets and the modelled production and destruction terms of the ? equation. However, for simple channel flow the discrepancies are similar in magnitude but opposite in sign, so they are cancelled by each other. This may explain why, even when employing such an inaccurately modelled ?-equation, one can still predict satisfactorily some simple turbulent flows.  相似文献   

15.
应用平面二维悬沙数学模型对方柱尾流区的泥沙输运及床面调整进行了数值模拟,并对重要物理参数做了分析说明。数值计算采用时间分裂一全隐式有限差分格式,流场的计算基于沿水深平均的RANS方程。通过系统的数值模拟,揭示了不同来流情况下,方柱尾流区的流态变化,及与之相应的床面变化规律,并对不同流态下的泥沙运动作了分析。计算结果表明在方柱尾流区,不同的流场流态对尾流区的床面调整有明显影响。流场较弱的情况下,尾流区中湍动强度相应较弱,此时悬浮泥沙由于流速减小而普遍落淤,床面应力的减小也致使床面冲刷量减小。随着流场强度的逐渐增大,尾流区中湍动强度相应增强,床面应力增大,同时湍流的强烈交换作用增强了对泥沙的输运作用,床面变化不再是简单的淤积状态,部分区域出现了冲刷。  相似文献   

16.
基于过去开展稀薄自由分子流到连续流气体运动论统一算法框架,采用转动惯量描述气体分子自旋运动,确立含转动非平衡效应各流域统一玻尔兹曼模型方程.基于转动能量对分布函数守恒积分,得到计及转动非平衡效应气体分子速度分布函数方程组,使用离散速度坐标法对分布函数方程所依赖速度空间离散降维;应用拓展计算流体力学有限差分方法,构造直接求解分子速度分布函数的气体动理论数值格式;基于物面质量流量通量守恒与能量平衡关系,发展计及转动非平衡气体动理论边界条件数学模型及数值处理方法,提出模拟各流域转动非平衡效应玻尔兹曼模型方程统一算法.通过高、低不同马赫数1:5~25氮气激波结构与自由分子流到连续流全飞行流域不同克努森数(9×10-4~10)Ramp制动器、圆球、尖双锥飞行器、飞船返回舱外形体再入跨流域绕流模拟研究,将计算结果与有关实验数据、稀薄流DSMC模拟值等结果对比分析,验证统一算法模拟自由分子流到连续流再入过程高超声速绕流问题的可靠性与精度.  相似文献   

17.
This paper presents a numerical method for solving compressible turbulent flows using a k - l turbulence model on unstructured meshes. The flow equations and turbulence equations are solved in a loosely coupled manner. The flow equations are advanced in time using a multi-stage Runge-Kutta time stepping scheme, while the turbulence equations are advanced using a multi-stage point-implicit scheme. The positivity of turbulence variables is achieved using a simple change of dependent variables. The developed method is used to compute a variety of turbulent flow problems. The results obtained are in good agreement with theoretical and experimental data, indicating that the present method provides a viable and robust algorithm for computing turbulent flows on unstructured meshes.  相似文献   

18.
The simulation of cavitating flows is a challenging problem both in terms of modelling the physics and developing robust numerical methodologies. Such flows are characterized by important variations of the local Mach number, compressibility effects on turbulence and involve thermodynamic phase transition. To simulate these flows by applying homogeneous models and Reynolds averaged codes, the turbulence modelling plays a major role in the capture of unsteady behaviours. This paper presents a one-fluid compressible Reynolds-Averaged Navier–Stokes (RANS) solver with a simple equation of state (EOS) for the mixture. A special focus is devoted to the turbulence model influence. Unsteady numerical results are given for Venturi geometries and comparisons are made with experimental data.  相似文献   

19.
Prediction of the characteristics of turbulent flows with strong streamline curvature, such as flows in turbomachines, curved channel flows, flows around airfoils and buildings, is of great importance in engineering applications and poses a very practical challenge for turbulence modeling. In this paper, we analyze qualitatively the curvature effects on the structure of turbulence and conduct numerical simulations of a turbulent Uduct flow with a number of turbulence models in order to assess their overall performance. The models evaluated in this work are some typical linear eddy viscosity turbulence models, nonlinear eddy viscosity turbulence models (NLEVM) (quadratic and cubic), a quadratic explicit algebraic stress model (EASM) and a Reynolds stress model (RSM) developed based on the second-moment closure. Our numerical results show that a cubic NLEVM that performs considerably well in other benchmark turbulent flows, such as the Craft, Launder and Suga model and the Huang and Ma model, is able to capture the major features of the highly curved turbulent U-duct flow, including the damping of turbulence near the convex wall, the enhancement of turbulence near the concave wall, and the subsequent turbulent flow separation. The predictions of the cubic models are quite close to that of the RSM, in relatively good agreement with the experimental data, which suggests that these models may be employed to simulate the turbulent curved flows in engineering applications.  相似文献   

20.
李康  胡宗民  姜宗林 《力学学报》2015,47(2):346-350
在钝体高焓流动中,热化学非平衡效应使膨胀区壁面压力显著低于冻结流动,相关研究表明,再压缩效应可以消除上述差异. 为详细分析此问题,数值求解了Euler 方程,化学反应源项采用有限速率模型并考虑了5个组分,17 个基元反应. 结果表明,随着再压缩角的增大,热化学非平衡效应引起锥面压力先降后增非单调变化,这是由于再压缩流场中放热复合反应与吸热分解反应的强度变化决定的,其宏观表现为比热比的空间不均衡分布.   相似文献   

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