| 气动载荷下防热材料剥离颗粒输运特性的直接数值模拟研究 |
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| 引用本文： | 李婷婷,李青,涂国华,袁先旭,周强. 气动载荷下防热材料剥离颗粒输运特性的直接数值模拟研究[J]. 力学学报, 2022, 54(6): 1523-1532. DOI: 10.6052/0459-1879-21-604 |
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| 作者姓名： | 李婷婷 李青 涂国华 袁先旭 周强 |
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| 作者单位： | 西安交通大学化学工程与技术学院, 西安 710049;中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室, 四川绵阳 621000 |
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| 基金项目： | 国家重点研发计划(2019YFA0405200)和双分散气固两相流中相间作用力的微尺度和介尺度模型研究(21978228)资助项目 |
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| 摘 要： | 高超声速飞行器防热材料在气动载荷下发生机械剥蚀,进而影响绕流流态、气动性能、热载荷等,相关颗粒剥离动力学是高超声速热防护系统设计及防热材料体系评价中的共性基础性科学问题.研究通过近壁流动量纲分析,将烧蚀颗粒剥离过程模化为单个圆球惯性烧蚀颗粒在Couette流动中的动力学问题,并采用颗粒解析的直接数值模拟方法开展数值研究,获得了烧蚀颗粒关键特征参量对颗粒输运动力学的影响规律.研究发现,随着颗粒/流体密度比ρr越大,颗粒惯性St越大,则颗粒水平和法向输运速度均减小;随着颗粒粒径d p越大,颗粒惯性St越大,则颗粒水平输运速度减小,但是,法向输运速度和位移均因大颗粒受到更大的Saffman升力而增大.此外,烧蚀颗粒法向位移远小于水平位移,颗粒以水平输运为主.本研究最终建立了颗粒启动速度归一化表达式,发现归一化颗粒启动速度是颗粒和流体惯性的函数,即颗粒水平输运速度等于流体微团或中性浮力颗粒的速度减去惯性修正项.研究结果为烧蚀颗粒调制边界层作用机理研究提供支撑.
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| 关 键 词： | 烧蚀颗粒 气动载荷 解析的直接数值模拟 输运 启动速度 |
| 收稿时间： | 2021-11-19 |
DIRECT NUMERICAL SIMULATION OF SINGLE ABLATIVE PARTICLE DYNAMICS IN NEAR-WALL COUETTE FLOW UNDER AERODYNAMIC LOAD |
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| Affiliation: | *.School of Chemical Engineering and Technology, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China?.State Key Laboratory of Aerodynamics, China Aerodynamics Research and Development Center, Mianyang 621000, Sichuan, China |
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