钝头体气动加热问题的数值计算的研究.pdfVIP

中置工麓热物理协会 论文螭号：993137 传热转曩掌学术会议 钝头体气动加热问题的数值计算研究 董葳 刘洪 范绪萁 {上海交通大学动力与簋潭学院， 上海200030) ■叠车文在有限体积的方洼中引入rvD格式的概念．通过求群守恒童蚺埭壤一撕托克斯 方程蛆羹值模拟高速流动闷最．解决高速飞行嚣的气动加热计算闷矗．对于渡过每十苹元 衰面无桔漶遵量的计算采用二阶精度的tvD格式．对于拈性流通量的计算采用上风／下风 平均变量的中心整分方法，蠢流计算中采用Baldwia-Lomax素藏模型。钝头体表面遵度分 布由有限元程序楫到．实馥衰明谈方j盎盘值计算穗定．盘值结果与实验结果的对比々^满 意． 美复谭气动加热；有跟体积法：T伸格式；有限元 l 中图分关号V2ll 0引言 在设计高速飞行器时．为了确保飞行的安全，必须要准确给出飞行器表面的压力分 布和热流密度分布．人们可以通过大量的实验来获得设计所需要的各种数据．但花费巨 大井带有一定的局限性．数值模拟提供了一种新的重要的工具。能够解决许多实验手段 无法轻易解决的闽题．节约了研究分析的时问和费用，能够提供实验所无法提供的复杂 瘴动现象的流动细节。随着计算方j击和计算机技术的发展，数值计算在飞行器的设计工 作中占据着越来越重要的地位。本研究直接来源于航天工业总公司对高速飞行器性能评 估的要求，目的就是要结合现代计算技术的发展，分析国外相同领域的发展动向，将先 进的技术引入到我国高速飞行器的实际设计工作中来，用来提供准确的流场特性及其热 环境．通过研究数值计算存在的各种问题，提出改迸解决的方案r促进数值计算技术更 进一步豹发展．使求解雷诺平均Navier-Stokes方程组的数值计算技术，随着计算机的 发展，达到工程实际应用的程度． 许多计算方法，通过数值求解无粘歇拉方程组或者是各种形式的纳维壤一斯托克斯 方程组都可以得到满意的压力分布预估，但是，在计算高速流动问题中的表面摩擦力， 特别是表面热交换将会遇到很大的困难．许多格式常常由于数值耗散过犬．对表面摩擦 系数和热流密度的计算带来了很大的误差。本文在有限体积的方法中引入TVD格式…曲 概念，通过求解守恒型纳维埃一斯托克斯方程组数值模拟高速流动问题，解决高速‘电行 器的气动加热计算闻题，对于流过每个单元表面无粘流通量的计算采用二阶精度的TVD 格式。粘性项的构造提出耍考虑信息的传播方向。因此使得粘性流动问题的计算更加准 确，这种处理方法在气动加热计算中是必要的。通过坐标变换技术t采用贴体坐标生成 月格．使边界条件的处理方便准确，可以解决各种形状飞行器的气动加热i哥题·本文发 展的数值计算方法。能准确地预测高马赫数高雷诺飞行条件下钝体弹头的传热·在得到 钝头体袭面热流密度分布后，采用有限元程序得到弹体表面的温度分布。 1流场控制方程 二维守恒型Navier-Stokes方程组为： 旦竖+芝!圣：璺!!+曼!圣!墅：!：S，：1 a a a一 其中u为流场变量。F为无粘遗量，G为粘性通量 中国工程热物理协会 论文蝙号：993137 ∥4 尸W。 (p+∥2)， 删叫4 U= F2= Ft= pryo amy4 (，+∥2)y4 印4 u(e+P)Y。 v(e+p)y。 O o