壅塞效应对低气压管道高速列车气动加热的影响

面对未来真空管道交通系统的发展需求,处于低压受限空间的高速列车将面临Kantrowitz极限等空气动力学问题,由其导致的壅塞效应对列车气动加热影响凸显。采用基于TVD格式的可压缩流动求解器,开展了壅塞/非壅塞条件下的低气压管道列车跨声速流动数值模拟,获得了多种工况下的列车气动加热结果。研究表明,由不同车速和阻塞比组合导致的不同流动状态下的气动加热特性差异明显,壅塞效应带来的复杂流动结构造成列车表面出现局部加热/冷却现象;当阻塞比为0.4时,受壅塞效应的影响,速度在0.5马赫运行时的列车局部温度最低可至?33℃,最高温度出现在马赫数1.5时运行的超声速列车,达到252℃。研究结果对于指导管道列车热环境控制具有重要的理论和工程实际意义。     

飞机结冰过程的传热研究

基于液/固相变的基本理论,对飞机结冰过程中冰层和液膜的传热特性进行了研究,建立了考虑固/液相区传热特性及固/液、气/液界面同时移动条件下的传热模型,并采用该模型对飞机结冰过程中的冰层和水膜生长特征进行了分析.研究表明,所建模型考虑了固、液相区的传热过程及液/固相变的非线性特征,对冰层生长速率及冰型特征有着较好的预测作用.     

高温碳氧环境近壁热化学行为及催化特性模拟

火星探测器在高超声速进入飞行段处于高温碳氧环境中,CO_2及其离解产物在近壁面发生扩散、吸/解附和结合等复杂的壁面热化学行为和催化放热过程。这些壁面现象与地球大气氮氧环境有显著差异,且对高超声速气动热的精确预测有重要的影响。考虑壁面有限速率催化作用下近壁面原子/分子结合为CO_2和O_2的反应过程,基于Eley-Rideal催化反应机理,建立描述近壁面热化学行为和催化效应的壁面有限速率反应模型。基于该壁面模型,开展了高超声速化学非平衡气动加热数值模拟,获得的有限速率催化加热量更接近于风洞实验数据。通过多种吸附和催化反应共同作用下的参数化分析,获得了各吸附和催化反应对非平衡气动加热的影响规律。     

风洞热结构考核中温度场相似准则问题研究

高速飞行会让飞行器结构承受大量的气动加热从而导致结构温度或应力失效,高超声速飞行器设计过程中通常需要进行结构考核试验。受风洞设备能力限制,试验模型尺寸、来流条件等方面与实际飞行条件存在很大差异。对真实模型进行缩放处理后进行风洞热结构考核,并通过相似关系转换获得真实飞行器结构温度情况,为飞行器防热布局设计提供有效数据支撑,有着迫切需求。本文通过热传导方程对模型相似参数进行讨论,并根据风洞试验实际边界情况进行了讨论研究。获得了具有针对性的相似准则关系。最后,经过对提出的相似参数进行的算例考核计算和初步分析,验证了该相似准则的正确性。